Världen behöver mer kraft, helst i en form som är ren och förnybar.Våra energilagringsstrategier formas för närvarande av litiumjonbatterier – i framkanten av sådan teknik – men vad kan vi se fram emot under de kommande åren?
Låt oss börja med lite batterigrunderna.Ett batteri är ett paket med en eller flera celler, som var och en har en positiv elektrod (katoden), en negativ elektrod (anoden), en separator och en elektrolyt.Att använda olika kemikalier och material för dessa påverkar batteriets egenskaper – hur mycket energi det kan lagra och producera, hur mycket ström det kan ge eller hur många gånger det kan laddas ur och laddas (även kallat cykelkapacitet).
Batteriföretag experimenterar ständigt för att hitta kemi som är billigare, tätare, lättare och kraftfullare.Vi pratade med Patrick Bernard – Saft Research Director, som förklarade tre nya batteriteknologier med transformativ potential.
NY GENERATION LITIUM-JONBATTERIER
Vad är det?
I litiumjonbatterier (litiumjonbatterier) tillhandahålls energilagring och frigöring av litiumjonernas rörelse från den positiva till den negativa elektroden fram och tillbaka via elektrolyten.I denna teknik fungerar den positiva elektroden som den initiala litiumkällan och den negativa elektroden som värd för litium.Flera kemier samlas under namnet li-ion-batterier, som ett resultat av årtionden av urval och optimering nära perfektion av positiva och negativa aktiva material.Lithierade metalloxider eller fosfater är det vanligaste materialet som används som närvarande positiva material.Grafit, men även grafit/kisel eller litiumoxider av titan används som negativa material.
Med faktiska material och celldesign förväntas li-ion-tekniken nå en energigräns under de kommande åren.Ändå borde mycket nyliga upptäckter av nya familjer av störande aktiva material låsa upp nuvarande gränser.Dessa innovativa föreningar kan lagra mer litium i positiva och negativa elektroder och gör det för första gången möjligt att kombinera energi och kraft.Dessutom, med dessa nya föreningar, tas också hänsyn till bristen och kriticiteten hos råvaror.
Vilka är dess fördelar?
Idag, bland alla toppmoderna lagringsteknologier, tillåter li-ion batteriteknik den högsta nivån av energitäthet.Prestanda som snabbladdning eller temperaturdriftsfönster (-50°C upp till 125°C) kan finjusteras av det stora urvalet av celldesign och kemi.Dessutom uppvisar li-ion-batterier ytterligare fördelar som mycket låg självurladdning och mycket lång livslängd och cykelprestanda, vanligtvis tusentals laddnings-/urladdningscykler.
När kan vi förvänta oss det?
Ny generation av avancerade li-ion-batterier förväntas användas före den första generationen solid state-batterier.De kommer att vara idealiska för användning i applikationer som energilagringssystem förförnybara energikälloroch transport (marin-, järnvägar,flygoch terrängmobilitet) där hög energi, hög effekt och säkerhet är obligatoriskt.
LITIUM-SVAVEL BATTERIER
Vad är det?
I li-ion-batterier lagras litiumjonerna i aktiva material som fungerar som stabila värdstrukturer under laddning och urladdning.I litium-svavel (Li-S) batterier finns det inga värdstrukturer.Under urladdningen förbrukas litiumanoden och svavel omvandlas till en mängd olika kemiska föreningar;under laddning sker den omvända processen.
Vilka är dess fördelar?
Ett Li-S-batteri använder mycket lätta aktiva material: svavel i den positiva elektroden och metalliskt litium som negativ elektrod.Det är därför dess teoretiska energitäthet är utomordentligt hög: fyra gånger högre än för litiumjon.Det gör att den passar bra för flyg- och rymdindustrin.
Saft har valt ut och gynnat den mest lovande Li-S-teknologin baserad på elektrolyt i fast tillstånd.Denna tekniska väg ger mycket hög energitäthet, lång livslängd och övervinner de största nackdelarna med det vätskebaserade Li-S (begränsad livslängd, hög självurladdning, …).
Dessutom är denna teknologi ett komplement till solid state litiumjon tack vare sin överlägsna gravimetriska energitäthet (+30 % på spel i Wh/kg).
När kan vi förvänta oss det?
Stora tekniska hinder har redan övervunnits och mognadsnivån går mycket snabbt framåt mot fullskaliga prototyper.
För applikationer som kräver lång batteritid förväntas denna teknik nå marknaden strax efter solid state litiumjon.
SOLID-STATE BATTERIER
Vad är det?
Solid state-batterier representerar ett paradigmskifte när det gäller teknik.I moderna li-jonbatterier rör sig joner från en elektrod till en annan över den flytande elektrolyten (även kallad jonkonduktivitet).I helfasta batterier ersätts den flytande elektrolyten med en fast förening som ändå tillåter litiumjoner att migrera inuti den.Detta koncept är långt ifrån nytt, men under de senaste 10 åren – tack vare intensiv världsomspännande forskning – har nya familjer av fasta elektrolyter upptäckts med mycket hög jonkonduktivitet, liknande flytande elektrolyt, vilket gör att just denna tekniska barriär kan övervinnas.
I dag,SaftForsknings- och utvecklingsinsatser fokuserar på två huvudsakliga materialtyper: polymerer och oorganiska föreningar, som syftar till synergin mellan de fysikalisk-kemiska egenskaperna såsom processbarhet, stabilitet, konduktivitet ...
Vilka är dess fördelar?
Den första stora fördelen är en markant förbättring av säkerheten på cell- och batterinivå: fasta elektrolyter är icke brännbara när de värms upp, till skillnad från deras flytande motsvarigheter.För det andra tillåter det användning av innovativa högspänningsmaterial med hög kapacitet, vilket möjliggör tätare, lättare batterier med bättre hållbarhet som ett resultat av minskad självurladdning.På systemnivå kommer det dessutom att ge ytterligare fördelar såsom förenklad mekanik samt termisk och säkerhetsstyrning.
Eftersom batterierna kan uppvisa ett högt effekt-till-vikt-förhållande kan de vara idealiska för användning i elfordon.
När kan vi förvänta oss det?
Flera typer av helsolid-state-batterier kommer sannolikt att komma ut på marknaden i takt med att tekniska framsteg fortsätter.Den första kommer att vara solid state-batterier med grafitbaserade anoder, vilket ger förbättrad energiprestanda och säkerhet.Med tiden bör lättare solid state-batteriteknologier som använder en metallisk litiumanod bli kommersiellt tillgänglig.
Posttid: Aug-03-2022