Kiedykolwiek słyszę słowa bateria, natychmiast myślę o źródle zasilania, urządzeniu, które dostarcza nam energii, aby przejść przez nasz dzień. Jednak jest to coś więcej niż tylko źródło energii. To technologiczny towarzysz, który pomaga nam robić więcej w naszym życiu.
Li-ion
Opracowana na początku lat 80. przez Johna Goodenougha bateria litowo-jonowa jest jednym z najmocniejszych i najbardziej energetycznych akumulatorów na świecie. Obecnie zasilają one miliony urządzeń i znajdują się w wielu najpopularniejszych obecnie produktach elektronicznych.
Akumulatory litowo-jonowe znane są z dużej gęstości mocy, niewielkiej wagi i niskiej konserwacji. Mogą być ładowane z dużą szybkością, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla przenośnej elektroniki i samochodów elektrycznych. Są one jednak również podatne na przegrzanie, spalanie i uwalnianie niebezpiecznych oparów.
Baterie litowe potrzebują mechanizmów bezpieczeństwa, aby ograniczyć wewnętrzne ciśnienie i napięcie. Przełącznik o dodatnim współczynniku temperaturowym jest elementem bezpieczeństwa mającym na celu zapobieganie przegrzaniu baterii. W przypadku awarii cały pakiet akumulatorów może się zapalić.
Firmy produkujące akumulatory nieustannie testują i badają nowe substancje chemiczne, aby produkować lżejsze, gęstsze i bardziej wydajne akumulatory. Przyszłością akumulatorów mogą być ogniwa typu „all-solid-state”, które uprościłyby systemy mechaniczne oraz zwiększyłyby gęstość energii i bezpieczeństwo akumulatorów.
Chemia baterii litowych jest wciąż w fazie rozwoju, a nowe materiały są opracowywane każdego roku – dane te zostały zgromadzone przez specjalistów serwisu rivigoods.com. Nowe chemie litowe mogą odblokować obecne ograniczenia technologii. W najbliższej przyszłości, nowe chemikalia litowe mogą doprowadzić do rozwoju nowej generacji baterii, które są bezpieczniejsze, działają dłużej i dostarczają więcej energii.
Gęstość mocy akumulatorów litowo-jonowych jest większa niż jakiejkolwiek innej technologii akumulatorów. Oznacza to, że baterie mogą dostarczyć więcej energii na kilogram niż jakakolwiek inna technologia baterii. Mają również niski wskaźnik samorozładowania, co oznacza, że ładowanie można zakończyć w ciągu zaledwie kilku minut.
Baterie litowo-jonowe zasilają pojazdy elektryczne, przenośną elektronikę i telefony komórkowe. Są one również wykorzystywane w niektórych zastosowaniach lotniczych. Na przykład nowy Boeing 787 jest zasilany przez przyjazne dla środowiska baterie litowo-jonowe.
Baterie litowo-jonowe są również znane z tego, że mogą wybuchać w płomieniach. Pożary te są rzadkie, ale mogą wystąpić, jeśli arkusz separatora w ogniwie zostanie przebity. Separator to cienki arkusz mikroperforowanego plastiku, który oddziela od siebie elektrodę dodatnią i ujemną. Gdy separator ulegnie uszkodzeniu, elektrody dodatnia i ujemna dotykają się, co powoduje zwarcie. Bateria może się również zapalić, jeśli moneta lub inny przedmiot dotknie elektrod.
Li-S
W porównaniu z innymi akumulatorami, bateria Li-S ma wiele atrakcyjnych cech. Jest przyjazny dla środowiska, tani i ma dużą teoretyczną zdolność magazynowania energii. Jednak nadal nie jest to rozwiązanie idealne. Największą wadą akumulatora jest jego słaba trwałość.
W rzeczywistości niektóre źródła twierdzą, że bateria Li-S ma do tysiąca cykli ładowania/rozładowania. Jednak jego wydajność wzrosła z marnych dwudziestu cykli w początkowym okresie do setek stabilnych cykli o dużej pojemności.
Wykorzystując trójwymiarową platformę materiałową z grafenu, Lyten opracował ciekawą architekturę baterii Li-S. Ta trójwymiarowa platforma grafenowa pozwala na dostosowanie zaawansowanej chemii Li-S do konkretnych zastosowań baterii. Lyten przetestował tę technologię w wybranych zastosowaniach związanych z obronnością. Ponadto firma wykazała, że może ona zapewnić trzykrotnie większą gęstość energii niż konwencjonalne baterie Li-ion.
Platforma baterii litowo-siarkowych (Li-S) Lyten EV(tm) jest zoptymalizowana dla rynku pojazdów elektrycznych. Baterie Lyten będą również bezpieczniejsze niż ich konwencjonalne odpowiedniki litowo-jonowe. Ten pomysłowy akumulator będzie produkowany dla generacji pojazdów MY ’25-’26. Prototyp firmy Lyten wykazał ponad 1400 cykli pracy.
Bateria LytCell EV(tm) składa się z katody siarkowej i organicznego płynnego elektrolitu. Oprócz technologii 3D Graphene firma Lyten zastosowała zaawansowane czujniki w celu optymalizacji wydajności baterii.
Oprócz platformy baterii litowo-siarkowej (Li-S) LytCell EV(tm), Lyten opracował również LytCell Sulfur Caging ™, aby uwolnić potencjał wydajnościowy siarki. Technologia ta stanowi nowatorskie rozwiązanie problemu efektu „czółenka” w polisiarczku, który uniemożliwiał praktyczne zastosowanie Li-S w akumulatorach pojazdów elektrycznych. Ma ona również zdolność do zwiększenia pojemności magazynowania energii i długowieczności, co uczyni tę technologię atrakcyjnym rozwiązaniem dla pojazdów użytkowych. Firma Lyten od kilku lat współpracuje z rządem USA. Ponadto, technologia 3D Graphene firmy Lyten została zintegrowana w zaawansowanych czujnikach, kompozytach termoplastycznych i katodach Li-S.
Lyten 3D Graphene to trójwymiarowe platformy materiałów grafenowych, których dopracowanie zajęło lata. Platforma baterii LytCell EV(tm) Li-S jest realną alternatywą dla konwencjonalnych baterii Li-ion i ma możliwość dostarczenia trzykrotnie większej gęstości energii niż konwencjonalne ogniwa Li-ion.
Solid state
Zastosowanie akumulatora półprzewodnikowego – czyli naszego technologicznego towarzysza życia – w pojeździe może znacznie zwiększyć zasięg i skrócić czas ładowania. Akumulatory półprzewodnikowe są również lżejsze niż ich płynne odpowiedniki.
Akumulator półprzewodnikowy to akumulator, który zamiast cieczy wykorzystuje elektrolit stały. Jest on zazwyczaj stosowany w pojazdach elektrycznych (EV), a w pojazdach jest stosowany od lat 2010.
Technologia półprzewodnikowa przeszła długą drogę w ciągu ostatnich dwóch dekad. Obecnie jest ona stosowana w pojazdach elektrycznych, aby zapewnić zwiększony zasięg i niezawodność. Ma ona również potencjalne zalety w stosunku do obecnie stosowanych w pojazdach akumulatorów litowo-jonowych opartych na cieczy.
Zastosowanie akumulatora półprzewodnikowego może znacznie zwiększyć gęstość energii w stosunku do akumulatorów litowo-jonowych. Może to doprowadzić do powstania tańszych samochodów elektrycznych. Jednak masowa produkcja tych baterii zajęłaby dekadę lub więcej, aby dotrzeć na rynek.
Baterie półprzewodnikowe są oparte na siarczkach, tlenkach i azotkach. Materiały stosowane w bateriach półprzewodnikowych nie są dokładnie takie same jak w bateriach litowo-jonowych, ale mają wiele podobieństw.
Technologia półprzewodnikowa została wykorzystana w wielu zastosowaniach, w tym w autobusach i samochodach elektrycznych. W rzeczywistości, autobus elektryczny BlueBus jest wyposażony w technologię Solid State Battery.
Istnieje wiele firm pracujących nad akumulatorami półprzewodnikowymi. Niektóre z tych firm obejmują Solid Power i Blue Solutions, z których obie znajdują się w Montrealu w Kanadzie. Oprócz Solid Power, Ford i SK Innovation również były zaangażowane w rozwój technologii półprzewodnikowej.
Jedną z najważniejszych cech technologii półprzewodnikowej jest jej zdolność do usuwania półpłynnej pasty, która jest zwykle stosowana w ogniwach akumulatorów. Pasta ta może się zapalić, gdy ogniwo jest gorące, powodując termiczne zdarzenie ucieczki. Ma ona również zdolność do tworzenia ostrych kolców metalu znanych jako dendryty. Dendryty mogą prowadzić do zwarcia wewnątrz ogniwa, powodując sytuację przegrzania.
Chociaż akumulatory półprzewodnikowe mają wiele zalet, mają też pewne wady. Oprócz zwiększonej wagi i czasu ładowania, prawdopodobnie będą droższe niż akumulatory oparte na cieczy.
Przyszłość baterii
Opracowanie lepszej przyszłości zasilanej bateriami jest w zasięgu ręki. Niezależnie od tego, czy jesteś konsumentem, naukowcem, czy producentem samochodów, baterie stają się jednym z najważniejszych elementów naszego życia. Baterie odgrywają kluczową rolę w naszej walce ze zmianami klimatycznymi. Są również kluczowym składnikiem rewolucji urządzeń przenośnych.
Bateria litowo-jonowa stała się dominującą siłą w magazynowaniu energii. Stosuje się ją w przenośnych urządzeniach elektronicznych i pojazdach elektrycznych. Ale bateria litowo-jonowa ma wiele problemów. Lit jest cennym minerałem, który trudno poddać recyklingowi, a baterie mają ograniczoną żywotność. Istnieją również obawy dotyczące wpływu wydobycia litu na środowisko.
Aby pokonać te problemy i stworzyć jednolitą platformę energetyczną przyszłości, potrzebna jest nowa technologia baterii. Nowa technologia ma być cieńsza, mocniejsza i tańsza.
Baterie nowej generacji mogłyby działać do 30 procent dłużej i byłyby mniej podatne na zapalenie się. Mogłyby też być produkowane na prasie przesiewającej koszulki i mogłyby być zginane. Nowe technologie baterii mogłyby pomóc w stworzeniu bardziej połączonego świata.
Firmy produkujące baterie dużo inwestują w rozwój gęstszych i tańszych baterii. Badają również alternatywne chemikalia, które mogą zastąpić baterie oparte na litach.
Wraz z rozwojem rynku pojazdów elektrycznych oczekuje się gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na lit. Do 2021 roku podaż litu będzie niewystarczająca w stosunku do popytu. Ceny baterii litowo-jonowych zaczną więc spadać. Ale baterie litowo-jonowe są nadal drogie i nie mają długiej żywotności.
Producenci samochodów i firmy produkujące baterie ścigają się, aby opracować lepszą technologię baterii. Inwestują też w start-upy, które mają budować lepsze akumulatory. Firmy, które opanują tę technologię, będą się rozwijać.
Przyszłość akumulatorów będzie cechą definiującą pojazdy. Będzie miała kluczowe znaczenie dla realizacji celów UE w zakresie dekarbonizacji. A także może odegrać kluczową rolę w globalnej zielonej gospodarce. W Stanach Zjednoczonych prezydent Joe Biden uczynił akumulatory częścią swojej strategii neutralności węglowej.
Producenci samochodów muszą opracować lepszą technologię akumulatorów, aby zapewnić bezpieczniejszą, bardziej przyjazną środowisku i przystępną cenowo przyszłość. Jeśli im się to nie uda, może to być poważny cios dla branży i zielonej gospodarki.