Миру нужно больше энергии, желательно в чистой и возобновляемой форме.Наши стратегии хранения энергии в настоящее время формируются за счет литий-ионных аккумуляторов, являющихся передовыми технологиями, но на что мы можем рассчитывать в ближайшие годы?
Давайте начнем с некоторых основ батареи.Батарея представляет собой набор из одного или нескольких элементов, каждый из которых имеет положительный электрод (катод), отрицательный электрод (анод), сепаратор и электролит.Использование для них различных химикатов и материалов влияет на свойства батареи — сколько энергии она может хранить и выдавать, сколько энергии она может обеспечить или сколько раз ее можно разряжать и перезаряжать (также называемая циклической емкостью).
Аккумуляторные компании постоянно экспериментируют, чтобы найти более дешевые, плотные, легкие и более мощные химические вещества.Мы поговорили с Патриком Бернаром, директором по исследованиям Saft, который рассказал о трех новых аккумуляторных технологиях с трансформационным потенциалом.
ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Что это?
В литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторах накопление и высвобождение энергии обеспечивается перемещением ионов лития от положительного электрода к отрицательному туда и обратно через электролит.В этой технологии положительный электрод действует как первоначальный источник лития, а отрицательный электрод — как носитель лития.Несколько химических элементов собраны под названием литий-ионных аккумуляторов в результате десятилетий отбора и оптимизации, близких к совершенству положительных и отрицательных активных материалов.Литированные оксиды металлов или фосфаты являются наиболее распространенным материалом, используемым в качестве материалов для положительных положительных результатов.Графит, а также графит/кремний или литированные оксиды титана используются в качестве негативных материалов.
Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионная технология с использованием реальных материалов и конструкций элементов достигнет предела энергопотребления.Тем не менее, недавние открытия новых семейств прорывных активных материалов должны разблокировать нынешние ограничения.Эти инновационные соединения могут хранить больше лития в положительных и отрицательных электродах и впервые позволят объединить энергию и мощность.Кроме того, с этими новыми соединениями также учитываются дефицит и критичность сырья.
Каковы его преимущества?
Сегодня среди всех современных технологий хранения данных технология литий-ионных аккумуляторов обеспечивает самый высокий уровень плотности энергии.Такие характеристики, как быстрая зарядка или рабочий температурный диапазон (от -50°C до 125°C), могут быть точно настроены благодаря большому выбору конструкций элементов и химических составов.Кроме того, литий-ионные аккумуляторы обладают дополнительными преимуществами, такими как очень низкий саморазряд и очень долгий срок службы, а также цикличность, обычно тысячи циклов зарядки/разрядки.
Когда мы можем его ожидать?
Ожидается, что передовые литий-ионные аккумуляторы нового поколения будут развернуты раньше, чем твердотельные аккумуляторы первого поколения.Они идеально подходят для использования в таких приложениях, как системы хранения энергии длявозобновляемые источники энергиии транспорт (морской, железные дороги,авиацияи внедорожная мобильность), где требуется высокая энергия, высокая мощность и безопасность.
ЛИТИЙ-СЕРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Что это?
В литий-ионных батареях ионы лития накапливаются в активных материалах, действующих как стабильные структуры-хозяева во время заряда и разряда.В литий-серных (Li-S) батареях нет структур-хозяев.При разрядке литиевый анод расходуется, а сера превращается в различные химические соединения;при зарядке происходит обратный процесс.
Каковы его преимущества?
В Li-S аккумуляторе используются очень легкие активные материалы: сера в положительном электроде и металлический литий в качестве отрицательного электрода.Вот почему его теоретическая плотность энергии чрезвычайно высока: в четыре раза больше, чем у литий-иона.Это делает его подходящим для авиационной и космической промышленности.
Компания Saft выбрала и одобрила наиболее многообещающую технологию Li-S на основе твердотельного электролита.Этот технический путь обеспечивает очень высокую плотность энергии, длительный срок службы и устраняет основные недостатки жидкого Li-S (ограниченный срок службы, высокий саморазряд и т. д.).
Кроме того, эта технология дополняет твердотельные литий-ионные благодаря своей превосходной гравиметрической плотности энергии (на кону +30% в Втч/кг).
Когда мы можем его ожидать?
Основные технологические барьеры уже преодолены, и уровень зрелости очень быстро приближается к полномасштабным прототипам.
Ожидается, что для приложений, требующих длительного времени автономной работы, эта технология выйдет на рынок сразу после твердотельных литий-ионных аккумуляторов.
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ БАТАРЕИ
Что это?
Твердотельные батареи представляют собой смену парадигмы с точки зрения технологии.В современных литий-ионных батареях ионы перемещаются от одного электрода к другому через жидкий электролит (это также называется ионной проводимостью).В полностью твердотельных батареях жидкий электролит заменен твердым соединением, которое, тем не менее, позволяет ионам лития мигрировать внутри него.Эта концепция далеко не нова, но за последние 10 лет — благодаря интенсивным исследованиям во всем мире — были открыты новые семейства твердых электролитов с очень высокой ионной проводимостью, аналогичной жидкому электролиту, что позволило преодолеть этот особый технологический барьер.
Сегодня,СафтИсследования и разработки сосредоточены на 2 основных типах материалов: полимерах и неорганических соединениях, направленных на синергию физико-химических свойств, таких как технологичность, стабильность, проводимость…
Каковы его преимущества?
Первым огромным преимуществом является заметное повышение безопасности на уровне элемента и батареи: твердые электролиты негорючи при нагревании, в отличие от их жидких аналогов.Во-вторых, он позволяет использовать инновационные высоковольтные материалы с высокой емкостью, что позволяет создавать более плотные и легкие батареи с более длительным сроком хранения в результате снижения саморазряда.Более того, на системном уровне это принесет дополнительные преимущества, такие как упрощенная механика, а также управление температурой и безопасностью.
Поскольку батареи могут демонстрировать высокое отношение мощности к весу, они могут быть идеальными для использования в электромобилях.
Когда мы можем его ожидать?
Несколько видов полностью твердотельных батарей, вероятно, появятся на рынке по мере дальнейшего технического прогресса.Первыми будут твердотельные батареи с анодами на основе графита, обеспечивающие улучшенные энергетические характеристики и безопасность.Со временем более легкие технологии твердотельных батарей с использованием металлического литиевого анода должны стать коммерчески доступными.
Время публикации: 03 августа 2022 г.