Kodėl ličio jonų baterijas gali valdyti ilgą laiką

2010 m. Kalifornijos universiteto regentai per Lawrence'o Berkeley nacionalinę laboratoriją.

JAV Energetikos departamentas yra paleidimas didelės mokslinių tyrimų pastangos sukurti naujos kartos ličio jonų baterijas, kuriose beveik nėra kobalto – reto ir brangaus metalo, tiekiamo per vis daugiau nerimą kelianti tiekimo grandinė .

Trejų metų programa, dalis a platesnes pastangas Siekiant paspartinti pažangias transporto priemonių technologijas, ilgainiui gali atsirasti pigesnių, ilgiau tarnaujančių vartotojų prietaisų, elektromobilių ir tinklo saugyklos.

Medžiagų mokslininkas Gerdas Cederis prižiūri vieną projektą pagal Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos tyrimų programą, skirtą sukurti netvarkingas akmens druskas kaip alternatyvią katodų medžiagą, teigiamą elektrodą įkraunamame elemente. Paprastai ličio jonų baterijų katodams reikalingas kobaltas, kad būtų sukurta ir išlaikyta sluoksninė elektrodo struktūra, leidžianti ličio jonams lengvai tekėti per jį. Tačiau prieš kelerius metus Cederis ir jo kolegos išsiaiškino, kad ši nauja medžiagų klasė gali sukaupti daugiau ličio, o tai gali padidinti energijos tankį ir visiškai išvengti kobalto poreikio (žr. Netvarkingos medžiagos žada geresnius akumuliatorius ).

Lawrence'o Berkeley projektas ir du Argonne nacionalinėje laboratorijoje kartu gavo 12,5 mln. USD iš DOE transporto priemonių technologijų biuro.

Interviu su MIT technologijų apžvalga Cederis aptarė iššūkius, kylančius siekiant užtikrinti, kad naujos medžiagos veiktų kaip alternatyva baterijų gamyboje, priežastis, kodėl ličio jonų technologija ir toliau dominuos saugykloje ir kodėl taip ilgai užtrunka bet kokia baterija. pasiekti turgavietę.

Šis interviu buvo suredaguotas siekiant erdvės ir aiškumo.

Kokie tolesni žingsniai kuriant šią naują junginių klasę ?

Jau praėjo maždaug ketveri metai nuo pradinio koncepcijos atradimo, o šioje kategorijoje yra daugiau nei tuzinas junginių, kurie jau parodė daug žadančių savybių. Taigi tai yra atradimų fazė, kai visi eina ir išbando įvairias chemines medžiagas, pavyzdžiui, Lewisas ir Clarkas tyrinėja.

Kitas žingsnis – paimsime kai kurias iš šių daug žadančių medžiagų ir pažiūrėsime, ar galime išspręsti visas mažas problemas, kurias reikia išspręsti prieš iš tikrųjų gaminant komercinį produktą.

Įkrovimo ir iškrovimo greitis turi būti geras. Ciklo tarnavimo laikas, kuris nustato akumuliatoriaus veikimo laiką, turi būti pailgintas.

Tada žmonės išmoksta daryti visokius apdirbimo triukus ir paviršiaus apdorojimą, ir taip baterijos vis gerėja.

Tačiau sakyčiau, kad kai kurios iš šių medžiagų pereis į kitą etapą. Tai tikriausiai yra vienas iš mūsų geriausių pasiūlymų dėl didesnio energijos tankio katodų medžiagų.

Kodėl užtrunka taip ilgai, kol laboratorijos pažanga saugykloje iš tikrųjų patenka į rinką?

Norint, kad viskas būtų paversta komerciniu produktu, yra ilgas slogas, net jei atradimą padarysite greičiau. Tai tik labai ilgas kelias iki medžiagų optimizavimo, bandymų, klientų priėmimo ir visų šių dalykų. Net jei šiandien laboratorijoje turėčiau ką nors, kas puikiai veiktų, tikriausiai turėtumėte 6–10 metų slogą.

Kažkas turi jį padidinti. Jie turi tai išbandyti. Tada jie turi perduoti jį baterijų gamintojui, elementų gamintojui, kuris praleis dvejus metus jį išbandydamas, o tada, jei pagaliau jiems patiks, iš jo gali pagaminti nedidelį produktą – tai, kas patenka į nišinę rinką, nes jie nenori rizikuoti rinkoje su naujais produktais.

Prieš keletą metų tu sakė kad kietojo kūno akumuliatoriai yra beveik tobula baterija. ka manai siandien?

Vis dar esu optimistas, kad jie tikrai pakeis žaidimą. Ir aš manau, kad galutinis produktas gali būti toks geras, ir tai, manau, pateisina pastangas ir pastangas to link. Tai gali pradėti atrodyti kaip ideali baterija.

Tai pasakius, žinoma, per tuos metus mes ir kiti žmonės atradome visas su juo susijusias problemas, kurias reikia išspręsti. Taigi aš vis dar manau, kad šiuo metu tai yra vienas iš perspektyviausių energijos kaupimo dalykų. Tačiau yra gana daug problemų, kurias reikia išspręsti.

Šie kietojo kūno elektrolitai dažnai nėra stabilūs. Ir niekas iš tikrųjų net nesugalvojo puikaus būdo gaminti kietojo kūno baterijas.

Galite juos pagaminti laboratorijoje, o įmonės netgi gali sukurti prototipą, tačiau tai tik įrodo, kad galite tai padaryti. Tai neįrodo, kad galite tai padaryti ekonomiškai.

Daugelis iš jų yra inžineriniai iššūkiai, ir aš laikau tokios filosofijos, kad inžineriniai iššūkiai sprendžiami pinigais. Mokslinės problemos yra labai skirtingos kategorijos. Sunku nustatyti laiko juostą išradimams.

Bet esu įsitikinęs, kad tai įvyks.

Kita sritis, kurioje šiais metais pastebėjome reikšmingų investicijų, yra tinklo saugykla. Kaip manote, kokie tyrimų keliai ten yra perspektyvūs?

Mano nuomone, tinklelio saugojimas yra gana laukinė kortelė. Trumpuoju laikotarpiu matau, kad viskas yra ličio jonai. Priežastis ta, kad jis patikimas ir šiandien galite jį nusipirkti iš patikimų pardavėjų.

Galite filosofiškai diskutuoti apie tai, ar tai geriausia energijos kaupimo forma tinkle, ar ne. Bet jei esate PG&E, iš ko ketinate pirkti? Startuolis XYZ, kurio gali nebūti po trejų metų, ar ketinate pirkti iš LG Chem, CATL ar Samsung?

Taigi neatmetu, kad kitos technologijos gali prasiskverbti į tinklą, tačiau jos neturėtų nuvertinti esamų operatorių konkurencijos. Dabartinis operatorius visada yra galiūnas.

Priešingas argumentas, kurį girdite, yra tas, kad ličio jonų pigumas yra ribotas – ir tai nėra ideali technologija, tinkanti toms dienoms, savaitėms ar net mėnesiams, kurių jums gali prireikti, kad būtų galima laikyti tinklą (žr. 2,5 trilijono USD priežastis, dėl kurios negalime pasikliauti baterijomis, kad išvalytume tinklą).

Ličio jonai jau gana pigūs. Visos šios kitos technologijos – nors popieriuje jos gali turėti mažų sąnaudų struktūrą, jos vis tiek turi jas pasiekti. Pradedantiesiems reikia didelės vertės rinkų, o tinklas nėra ypač didelės vertės rinka.

Paimkime kraštutinį pavyzdį – pažvelkime į sezoninį saugojimą. Kiek esate pasirengęs mokėti už kilovatvalandę, kurią perkeliate nuo birželio iki gruodžio? Daiktas turi būti neįtikėtinai pigus.

Man neaišku, ar tų problemų sprendimai bus rasti klasikinėje elektrochemijos saugykloje. Ne kiekviena problema turėtų būti išspręsta naudojant baterijas.

paslėpti