Съдържание:

Литиево-сярните батерии могат да бъдат по-евтини и по-енергийни
Литиево-сярните батерии могат да бъдат по-евтини и по-енергийни

Видео: Литиево-сярните батерии могат да бъдат по-евтини и по-енергийни

Видео: Seai Energy Show 2017 electric cars - Tesla Model X BMW i8 Renault ZE Electric Delorean 2022, Декември
Anonim

Продажбите на нови електрически превозни средства нарастват, но има ограничения около производството на батерии и превозни средства. Новите електромобили имат обхват от около 32-3-483 км или около 200-300 мили (322-483 км). Потенциално литиево-сярните батерии могат да разширят значително обхвата на EV и да струват по-малко, тъй като сярата е по-богат материал от кобалта. Транспортът е основен генератор на парникови газове, затова са необходими много повече електромобили. Литиево-сярните батерии в крайна сметка могат да помогнат за ускоряване на производството и приемането на електромобили.

Изображение
Изображение

Изследванията в университета Monash в Австралия доведоха до разработването на много високоефективна и енергийно ефективна литиево-сярна батерия. В статия на уебсайта на университета се споменава, че технологията е близо до комерсиализацията и може да има потенциален обхват на EV от 1 000 км (621 мили).

Д-р Махдохт Шайбани, научен сътрудник по машинно и аерокосмическо инженерство в университета Монаш, който също заема водеща роля в проекта, отговори на някои въпроси относно работата за CleanTechnica.

За непрофесионалиста как е възможно литиево-сярната, използвана в батериите, да има шест пъти енергията за дадено тегло?

В литиево-йонна батерия Li + йони се пренасочват между приемника на положителни електроди (теоретичен капацитет до 280 mAh g-1), където се съхраняват при разреждане; и графитният въглероден отрицателен електрод, където те се съхраняват при зареждане до максимално съдържание на Li0.16C (Съотношението 1 към 6 означава, че капацитетът не е толкова голям - теоретичният капацитет е 370 mAh g-1). Напреженията на клетките са в диапазона 3,4–3,8 V спрямо Li / Li +. Теоретичните енергийни плътности са около 500 Wh Kg-1 на основата на електродните материали.

Механизмът за съхранение, базиран на окислително-редукционната реакция в Li-S системата, е коренно различен от процеса на интеркалация на литиево-йонна батерия. Теоретичният капацитет на сярата (положителен електрод) е 1675 mAh g-1, благодарение на образуването на Li2S, когато сярата се комбинира с литий (отрицателен електрод). Съотношението 2 към 1 изчиства задръжките на много литиева пречка и обещава чудесен мач за литиевия анод с ултра голям капацитет (3860 mAh g-1). Тогава теоретичната енергийна плътност на Li-S системата се определя от теоретичния капацитет на сярата (1675 mAh g-1) и нейния потенциал от 2,15 V спрямо Li / Li + да бъде около 2 500 Wh kg – 1.

Въпреки че от практическа гледна точка литиевата сяра предлага до петкратно увеличение на гравиметричната енергийна плътност в сравнение с литиево-йонната и предвид пробива на нашата изследователска група и напредъка на други изследователски институции и компании, можете да очаквате за да видите около двукратно увеличение на нивото на батерията при първото им представяне на пазара.

Как вашият нов дизайн предотвратява разпадането на литиево-сярните батерии?

По ирония на съдбата основното предизвикателство пред масовото приемане на литиево-сярни батерии досега беше, че капацитетът за съхранение на серния електрод е толкова голям, че не може да се справи с произтичащия стрес. Вместо това се разпада по същия начин, по който бихме могли, когато сме подложени на стрес. Прогресивното счупване води до разрушено електрическо окабеляване през електрода и бързо разпадане на превъзходните енергийни характеристики.

Новият дизайн разчита на традиционен свързващ агент, но обработен по различен начин, за да образува свръхсилни мостови връзки между въглеродната матрица и сярните частици, които позволяват допълнително пространство, докато батерията се разширява по време на зареждане. С прости думи, дадох на частиците сяра малко място за дишане, докато те са под тежкото задължение за колоездене!

Ако след 2-4 години имате налични литиево-сярни батерии за търговска употреба, това ще бъде под формата на много малки батерии за електроника или може да бъде под формата на батерии за електрически превозни средства?

Поради прогнозираните по-ниски разходи, нашият приоритет е да тестваме нашите батерии в широкомащабни приложения, EV и мрежи. Важно е, че се нуждаем от радикални нови и чисти технологии за съхранение на енергия за борба с изменението на климата в Австралия, където устойчивото изменение на климата може да има драстични ефекти не само върху екосистемите, но и върху живота на хората, и ние вярваме, че системата Li-S е потенциално обещаващо решение.

Днес новите електромобили имат обхват от 200 - 300 мили, биха могли ли да направят литиево-сярни батерии може би да добавят поне още 100 - 200 мили от обхвата на зареждане?

Понастоящем обемната енергийна плътност (Wh L-1) на Li-S системата в най-добрия случай е съперник на Li-ion батерията, но има голям потенциал предвид по-високата гравиметрична енергийна плътност на тази система и най-важното прогнозираните по-ниски разходи за батерия - и двете могат да повлияят на пробега на EV. Първо, по-леките батерии биха довели до по-висок обхват на EV; второ, ниската цена на по-леката батерия означава, че производителите на EV могат да изследват нови концепции, където могат да отделят повече място в автомобила към батерията, без да се притесняват за разходите и теглото! Днешните батерии съставляват значителна част от общите разходи за EV (33% до 57% в зависимост от автомобила) и теглото на EV (около 20% до 25%) и използването на повече батерии в колата няма много смисъл, както от гледна точка на разходите мъдър и с тегло.

Евтината и лека Li-S батерия може да отключи това препятствие, при условие че производителите ще се интересуват от проучване на нови концепции за автомобили, а изследователите на батериите могат да увеличат живота на Li-S батерията до необходимото ниво на EV. От моя гледна точка вторият е много вероятно.

Ако вашата литиево-сярна технология стане комерсиализирана, бихте ли притежавали различни патенти за нея и да лицензирате патентите на компании, които произвеждат собствени батерии?

Това беше предмет на вътрешна дискусия и тепърва ще решаваме следващите си стъпки.

Тъй като сярата е богат материал, ако вашата технология достигне до търговските пазари, биха ли могли EV батериите да бъдат направени по-евтино и да имат по-голяма енергийна плътност?

Надявам се, че вече съм отговорил на този въпрос, краткият отговор е да.

Дали литиево-сярната батерия ще има приблизително същото дълголетие като настоящата литиево-йонна EV батерия или е твърде рано да се каже?

Не в момента. Увеличаването на продължителността на живота на Li-S батерията е най-голямото предизвикателство на тази обещаваща технология на батерията и подобен вид пробив в стабилизирането на металния анод Li е необходим, за да се постигне числото от 500 цикъла, което е подходящо за много приложения. Това беше фокусът на няколко изследователски и изследователски групи като Fraunhofer IWS в Германия, ръководени от д-р Холгер Алтуес.

Прави впечатление, че за разлика от катода, изследванията върху анода все още не са толкова зрели. Има много неща за изследване и в близко бъдеще се очаква значителен напредък.

Литиево-йонните батерии, използвани в електромобили, след като функционират в електрически превозни средства, могат да бъдат преназначени за други цели, като стационарно съхранение на енергия. Би ли било възможно това и за литиево-сярни батерии потенциално или е твърде рано да се каже?

Вярвам, че е много вероятно преназначаването на изтощената Li-S батерия за приложение в мрежи.

Популярни по теми