Verden har brug for mere strøm, helst i en form, der er ren og vedvarende.Vores energilagringsstrategier er i øjeblikket formet af lithium-ion-batterier – på forkant med sådan teknologi – men hvad kan vi se frem til i de kommende år?
Lad os begynde med nogle grundlæggende batterier.Et batteri er en pakke med en eller flere celler, som hver har en positiv elektrode (katoden), en negativ elektrode (anoden), en separator og en elektrolyt.Brug af forskellige kemikalier og materialer til disse påvirker batteriets egenskaber – hvor meget energi det kan lagre og udsende, hvor meget strøm det kan levere eller antallet af gange det kan aflades og genoplades (også kaldet cykelkapacitet).
Batterifirmaer eksperimenterer konstant for at finde kemier, der er billigere, tættere, lettere og mere kraftfulde.Vi talte med Patrick Bernard – Saft Research Director, som forklarede tre nye batteriteknologier med transformativt potentiale.
NY GENERATION LITHIUM-ION BATTERIER
Hvad er det?
I lithium-ion (li-ion) batterier tilvejebringes energilagring og frigivelse ved bevægelse af lithiumioner fra den positive til den negative elektrode frem og tilbage via elektrolytten.I denne teknologi fungerer den positive elektrode som den indledende lithiumkilde og den negative elektrode som vært for lithium.Adskillige kemier er samlet under navnet li-ion-batterier, som et resultat af årtiers udvælgelse og optimering tæt på perfektion af positive og negative aktive materialer.Lithierede metaloxider eller fosfater er det mest almindelige materiale, der anvendes som nuværende positive materialer.Som negative materialer anvendes grafit, men også grafit/silicium eller lithierede titaniumoxider.
Med faktiske materialer og celledesign forventes li-ion-teknologi at nå en energigrænse i de næste kommende år.Ikke desto mindre bør meget nylige opdagelser af nye familier af forstyrrende aktive materialer frigøre nuværende grænser.Disse innovative forbindelser kan lagre mere lithium i positive og negative elektroder og vil for første gang give mulighed for at kombinere energi og kraft.Derudover tages der med disse nye forbindelser også hensyn til råmaterialernes knaphed og kritikalitet.
Hvad er dens fordele?
I dag, blandt alle de avancerede lagringsteknologier, tillader li-ion batteriteknologi det højeste niveau af energitæthed.Ydeevner såsom hurtig opladning eller temperaturdriftsvindue (-50°C op til 125°C) kan finjusteres med det store udvalg af celledesign og kemi.Ydermere udviser li-ion-batterier yderligere fordele såsom meget lav selvafladning og meget lang levetid og cykelydelser, typisk tusindvis af opladnings-/afladningscyklusser.
Hvornår kan vi forvente det?
Ny generation af avancerede li-ion-batterier forventes at blive implementeret før den første generation af solid state-batterier.De vil være ideelle til brug i applikationer såsom energilagringssystemer tilvedvarende energiog transport (marine, jernbaner,luftfartog terrængående mobilitet), hvor høj energi, høj effekt og sikkerhed er obligatorisk.
LITHIUM-SVOLVBATTERIER
Hvad er det?
I li-ion-batterier er lithium-ionerne lagret i aktive materialer, der fungerer som stabile værtsstrukturer under opladning og afladning.I lithium-svovl (Li-S) batterier er der ingen værtsstrukturer.Under afladning forbruges lithiumanoden og svovl omdannes til en række kemiske forbindelser;under opladning foregår den omvendte proces.
Hvad er dens fordele?
Et Li-S batteri bruger meget lette aktive materialer: svovl i den positive elektrode og metallisk lithium som den negative elektrode.Dette er grunden til, at dens teoretiske energitæthed er ekstraordinært høj: fire gange større end lithium-ion.Det gør den velegnet til luftfarts- og rumfartsindustrien.
Saft har valgt og favoriseret den mest lovende Li-S-teknologi baseret på faststofelektrolyt.Denne tekniske vej bringer meget høj energitæthed, lang levetid og overvinder de største ulemper ved det væskebaserede Li-S (begrænset levetid, høj selvafladning, …).
Desuden er denne teknologi et supplement til solid state lithium-ion takket være dens overlegne gravimetriske energitæthed (+30 % på spil i Wh/kg).
Hvornår kan vi forvente det?
Store teknologiske barrierer er allerede overvundet, og modenhedsniveauet går meget hurtigt frem mod fuldskala prototyper.
Til applikationer, der kræver lang batterilevetid, forventes denne teknologi at nå markedet lige efter solid state lithium-ion.
SOLID STATE BATTERIER
Hvad er det?
Solid state batterier repræsenterer et paradigmeskift med hensyn til teknologi.I moderne li-ion-batterier bevæger ioner sig fra en elektrode til en anden over den flydende elektrolyt (også kaldet ionisk ledningsevne).I faststof-batterier erstattes den flydende elektrolyt med en fast forbindelse, som alligevel tillader lithium-ioner at migrere i den.Dette koncept er langt fra nyt, men i løbet af de sidste 10 år - takket være intensiv verdensomspændende forskning - er nye familier af faste elektrolytter blevet opdaget med meget høj ionisk ledningsevne, svarende til flydende elektrolyt, hvilket gør det muligt at overvinde denne særlige teknologiske barriere.
I dag,SaftForsknings- og udviklingsindsatsen fokuserer på 2 hovedmaterialetyper: polymerer og uorganiske forbindelser, der sigter mod synergien mellem de fysisk-kemiske egenskaber såsom bearbejdelighed, stabilitet, ledningsevne ...
Hvad er dens fordele?
Den første store fordel er en markant forbedring af sikkerheden på celle- og batteriniveau: Faste elektrolytter er ikke brændbare, når de opvarmes, i modsætning til deres flydende modstykker.For det andet tillader det brugen af innovative højspændingsmaterialer med høj kapacitet, hvilket muliggør tættere, lettere batterier med bedre holdbarhed som følge af reduceret selvafladning.Desuden vil det på systemniveau medføre yderligere fordele såsom forenklet mekanik samt termisk og sikkerhedsstyring.
Da batterierne kan udvise et højt effekt-til-vægt-forhold, kan de være ideelle til brug i elektriske køretøjer.
Hvornår kan vi forvente det?
Flere slags hel-solid state-batterier vil sandsynligvis komme på markedet, efterhånden som de teknologiske fremskridt fortsætter.Den første vil være solid state-batterier med grafitbaserede anoder, der giver forbedret energiydelse og sikkerhed.Med tiden skulle lettere solid state-batteriteknologier, der anvender en metallisk lithiumanode, blive kommercielt tilgængelige.
Indlægstid: Aug-03-2022