211service.com
Dwa postępy w kierunku tańszego akumulatora do samochodu elektrycznego
Aby drogi zaczęły się zapełniać samochodami elektrycznymi, akumulatory będą musiały stać się znacznie tańsze — według niektórych szacunków nawet o 80 procent (patrz Jak ulepszone akumulatory sprawią, że pojazdy elektryczne będą konkurencyjne). Dwa ostatnie postępy, które sprawiają, że eksperymentalny typ baterii jest znacznie bardziej praktyczny, mogą prowadzić do takich oszczędności kosztów.
Lepsza bateria: Ten skaningowy obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawia cząstki siarczku litu wykorzystywane przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda do stworzenia ulepszonej baterii z siarczku litu.
Naukowcy od lat pracują nad rodzajem baterii, w której w jednej elektrodzie zastosowano metaliczny lit, aw drugiej siarkę. Teoretycznie ten rodzaj baterii może przechowywać trzy do pięciu razy więcej energii niż konwencjonalna bateria litowo-jonowa (patrz Ponowne przeglądanie baterii litowo-siarkowych). Ale metaliczny lit jest bardzo reaktywny w kontakcie z wodą i może z czasem tworzyć struktury przypominające korzenie wewnątrz baterii; struktury te mogą łączyć elektrody dodatnie i ujemne, powodując zwarcia, a nawet pożary. Tak wielu badaczy zaczęło zwracać uwagę na podobną baterię, która nie wymaga litu.
W nowym typie baterii elektrodę siarkową zastąpiono materiałem z siarczku litu — związkiem zawierającym zarówno lit, jak i siarkę. Staje się to źródłem litu, więc metaliczny lit nie jest już potrzebny i można go zastąpić grafitem — materiałem używanym obecnie w akumulatorach litowo-jonowych — lub materiałem takim jak krzem.
Problem polega na tym, że siarczek litu jest izolatorem elektrycznym, co spowalnia ładowanie i zmniejsza ilość energii, jaką może dostarczyć akumulator. Ale dwa ostatnie artykuły, jeden ze Stanford, a drugi z Lawrence Berkeley National Laboratory, oferują sposoby na uczynienie baterii litowo-siarczkowych bardziej praktycznymi.
Te artykuły badawcze przedstawiają tanie metody wytwarzania baterii litowo-siarczkowych o dużej pojemności magazynowania energii. Prace mogą doprowadzić do powstania komercyjnych akumulatorów, które przechowują ponad trzy razy więcej energii niż akumulatory litowo-jonowe stosowane obecnie w pojazdach elektrycznych, mówi Yuegang Zhang , naukowiec w Lawrence Berkeley National Laboratory.
Na początku tego roku Yi Cui, profesor materiałoznawstwa w Stanford, pokazał sposób na pokonanie nieodłącznych ograniczeń akumulatorów litowo-siarczkowych, ładując akumulator wyższym napięciem niż zwykle podczas pierwszego ładowania. Zmienia to chemię elektrody, omijając problem przewodnictwa.
Nawet wtedy siarczek litu musiał być zmieszany z węglem, aby poprawić jego przewodność, a węgiel zmniejsza ilość energii, jaką może zmagazynować elektroda: w eksperymentach wystarczyło to zmniejszyć pojemność akumulatora do poziomu zbliżonego do konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych .
Zhang zademonstrował nowy sposób mieszania węgla z siarczkiem litu, który znacznie zmniejsza ilość węgla potrzebnego w katodzie. Procent elektrody złożonej z siarczku litu wzrasta z mniej niż 50 procent do 67,5%. Ta poprawa, po części dlatego, że jest wzmocniona ulepszeniami, które umożliwia w innych częściach akumulatora, może prawie podwoić ogólną pojemność akumulatora, z 350 do 610 watogodzin na kilogram, szacuje Zhang. (Akumulatory litowo-jonowe w pojazdach elektrycznych obecnie zwykle przechowują mniej niż 200 watogodzin na kilogram).
Komercjalizacja technologii pozostaje na przeszkodzie, w tym konieczności zwiększenia liczby ładowań akumulatorów i szybkości ich ładowania. Liczby magazynowania energii również należy traktować z przymrużeniem oka — są to szacunki pochodzące z eksperymentów na skalę laboratoryjną, a nie pomiarów dużych baterii na skalę komercyjną.
A baterie litowo-siarkowe wykorzystujące lit metaliczny mogą jeszcze okazać się technologią z wyboru. Naukowcy i firmy, takie jak Sion Power i Polyplus, robią postępy w zwiększaniu liczby ładowań i używają ceramiki lub innych materiałów w celu rozwiązania problemów związanych z bezpieczeństwem (patrz Beyond Lithium Ion: ARPA-E stawia na nowatorskie magazynowanie energii ) .