Dunia memerlukan lebih banyak kuasa, sebaik-baiknya dalam bentuk yang bersih dan boleh diperbaharui.Strategi penyimpanan tenaga kami pada masa ini dibentuk oleh bateri litium-ion - pada kecanggihan teknologi sedemikian - tetapi apakah yang boleh kami nantikan pada tahun-tahun akan datang?
Mari kita mulakan dengan beberapa asas bateri.Bateri ialah pek satu atau lebih sel, setiap satu daripadanya mempunyai elektrod positif (katod), elektrod negatif (anod), pemisah dan elektrolit.Menggunakan bahan kimia dan bahan yang berbeza untuk ini menjejaskan sifat bateri - berapa banyak tenaga yang boleh disimpan dan dikeluarkan, berapa banyak kuasa yang boleh diberikan atau berapa kali ia boleh dinyahcas dan dicas semula (juga dipanggil kapasiti berbasikal).
Syarikat bateri sentiasa bereksperimen untuk mencari bahan kimia yang lebih murah, lebih padat, lebih ringan dan lebih berkuasa.Kami bercakap dengan Patrick Bernard - Pengarah Penyelidikan Saft, yang menerangkan tiga teknologi bateri baharu dengan potensi transformatif.
BATERI LITHIUM-ION GENERASI BARU
Apa itu?
Dalam bateri litium-ion (li-ion), penyimpanan dan pelepasan tenaga disediakan oleh pergerakan ion litium dari elektrod positif ke negatif ke belakang dan sebagainya melalui elektrolit.Dalam teknologi ini, elektrod positif bertindak sebagai sumber litium awal dan elektrod negatif sebagai hos untuk litium.Beberapa bahan kimia dikumpulkan di bawah nama bateri li-ion, hasil daripada dekad pemilihan dan pengoptimuman hampir kepada kesempurnaan bahan aktif positif dan negatif.Oksida logam atau fosfat terlitar adalah bahan yang paling biasa digunakan sebagai bahan positif semasa.Grafit, tetapi juga grafit/silikon atau titanium oksida litia digunakan sebagai bahan negatif.
Dengan bahan sebenar dan reka bentuk sel, teknologi li-ion dijangka mencapai had tenaga pada tahun-tahun akan datang.Namun begitu, penemuan baru-baru ini mengenai keluarga baharu bahan aktif yang mengganggu harus membuka kunci had semasa.Sebatian inovatif ini boleh menyimpan lebih banyak litium dalam elektrod positif dan negatif dan akan membolehkan buat kali pertama untuk menggabungkan tenaga dan kuasa.Di samping itu, dengan sebatian baru ini, kekurangan dan kritikal bahan mentah juga diambil kira.
Apakah kelebihannya?
Hari ini, antara semua teknologi storan terkini, teknologi bateri li-ion membolehkan tahap ketumpatan tenaga tertinggi.Persembahan seperti pengecasan pantas atau tetingkap operasi suhu (-50°C sehingga 125°C) boleh diperhalusi oleh banyak pilihan reka bentuk sel dan kimia.Tambahan pula, bateri li-ion memaparkan kelebihan tambahan seperti nyahcas diri yang sangat rendah dan jangka hayat dan prestasi berbasikal yang sangat panjang, biasanya beribu-ribu kitaran pengecasan/penyahcasan.
Bilakah kita boleh mengharapkannya?
Bateri li-ion termaju generasi baharu dijangka digunakan sebelum generasi pertama bateri keadaan pepejal.Mereka akan sesuai untuk digunakan dalam aplikasi seperti Sistem Penyimpanan Tenaga untukboleh diperbaharuidan pengangkutan (marin, kereta api,penerbangandan mobiliti luar jalan) di mana tenaga tinggi, kuasa tinggi dan keselamatan adalah wajib.
BATERI LITHIUM-SULPHUR
Apa itu?
Dalam bateri li-ion, ion litium disimpan dalam bahan aktif yang bertindak sebagai struktur perumah yang stabil semasa pengecasan dan nyahcas.Dalam bateri litium-sulfur (Li-S), tiada struktur perumah.Semasa menunaikan, anod litium digunakan dan sulfur diubah menjadi pelbagai sebatian kimia;semasa pengecasan, proses sebaliknya berlaku.
Apakah kelebihannya?
Bateri Li-S menggunakan bahan aktif yang sangat ringan: sulfur dalam elektrod positif dan litium logam sebagai elektrod negatif.Inilah sebabnya mengapa ketumpatan tenaga teorinya adalah luar biasa tinggi: empat kali lebih besar daripada litium-ion.Itu menjadikannya sesuai untuk industri penerbangan dan angkasa lepas.
Saft telah memilih dan mengutamakan teknologi Li-S yang paling menjanjikan berdasarkan elektrolit keadaan pepejal.Laluan teknikal ini membawa kepadatan tenaga yang sangat tinggi, jangka hayat yang panjang dan mengatasi kelemahan utama Li-S berasaskan cecair (hayat terhad, pelepasan diri yang tinggi, …).
Tambahan pula, teknologi ini adalah tambahan kepada litium-ion keadaan pepejal berkat ketumpatan tenaga gravimetri yang unggul (+30% dipertaruhkan dalam Wh/kg).
Bilakah kita boleh mengharapkannya?
Halangan teknologi utama telah pun diatasi dan tahap kematangan berkembang dengan cepat ke arah prototaip skala penuh.
Untuk aplikasi yang memerlukan hayat bateri yang panjang, teknologi ini dijangka mencapai pasaran selepas litium-ion keadaan pepejal.
BATERI KEADAAN PEPEJAL
Apa itu?
Bateri keadaan pepejal mewakili anjakan paradigma dari segi teknologi.Dalam bateri li-ion moden, ion bergerak dari satu elektrod ke elektrod lain merentasi elektrolit cecair (juga dipanggil kekonduksian ionik).Dalam bateri keadaan pepejal semua, elektrolit cecair digantikan dengan sebatian pepejal yang bagaimanapun membenarkan ion litium berhijrah di dalamnya.Konsep ini jauh daripada baharu, tetapi sejak 10 tahun yang lalu - terima kasih kepada penyelidikan intensif di seluruh dunia - keluarga baru elektrolit pepejal telah ditemui dengan kekonduksian ionik yang sangat tinggi, serupa dengan elektrolit cecair, membolehkan halangan teknologi tertentu ini diatasi.
hari ini,SaftUsaha Penyelidikan & Pembangunan tertumpu pada 2 jenis bahan utama: polimer dan sebatian tak organik, yang mensasarkan sinergi sifat fiziko-kimia seperti kebolehprosesan, kestabilan, kekonduksian …
Apakah kelebihannya?
Kelebihan besar pertama ialah peningkatan ketara dalam keselamatan pada tahap sel dan bateri: elektrolit pepejal tidak mudah terbakar apabila dipanaskan, tidak seperti rakan cecairnya.Kedua, ia membenarkan penggunaan bahan berkapasiti tinggi voltan tinggi yang inovatif, membolehkan bateri yang lebih padat dan lebih ringan dengan jangka hayat yang lebih baik hasil daripada pelepasan diri yang berkurangan.Selain itu, pada peringkat sistem, ia akan membawa kelebihan tambahan seperti mekanik yang dipermudahkan serta pengurusan haba dan keselamatan.
Memandangkan bateri boleh mempamerkan nisbah kuasa kepada berat yang tinggi, ia mungkin sesuai untuk digunakan dalam kenderaan elektrik.
Bilakah kita boleh mengharapkannya?
Beberapa jenis bateri keadaan pepejal mungkin akan datang ke pasaran apabila kemajuan teknologi berterusan.Yang pertama ialah bateri keadaan pepejal dengan anod berasaskan grafit, membawa prestasi tenaga dan keselamatan yang lebih baik.Lama kelamaan, teknologi bateri keadaan pepejal yang lebih ringan menggunakan anod litium logam akan tersedia secara komersial.
Masa siaran: Ogos-03-2022