211service.com
Ličio ir sieros baterijų peržiūra
Ličio sieros akumuliatoriai, kurie potencialiai gali sukaupti kelis kartus daugiau energijos nei ličio jonų baterijos, istoriškai buvo per brangūs, nesaugūs ir nepatikimi komerciniais tikslais. Tačiau dėl kai kurių naujausių pasiekimų jie dabar įgauna naują išvaizdą. Šių baterijų dizaino patobulinimai paskatino chemijos milžiną BASF iš Liudvigshafeno (Vokietija) susiburti Sion Power , kompanija Tuksone, AZ, jau sukūrusi ličio ir sieros baterijų elementų prototipą.
Sieros galia: Šį ličio ir sieros akumuliatoriaus prototipą sukūrė „Sion Power“. Bendradarbiaudama su BASF, bendrovė ketina tobulinti akumuliatorių konstrukciją, skirtą naudoti elektromobiliuose.
Palyginti su esamomis elektrinėse transporto priemonėse naudojamomis technologijomis, nuvažiuojamą atstumą planuojama padidinti bent 5–10 kartų, naudojant tam tikro dydžio akumuliatorių, sako Thomas Weberis, BASF dukterinės įmonės vadovas. BASF ateities verslas . Kiti ekspertai teigia, kad trigubas patobulinimas yra labiau pagrįstas įvertinimas, tačiau tai vis tiek būtų įspūdingas našumo šuolis. Weberis teigia, kad BASF patirtis medžiagų srityje padės „Sion Power“ toliau tobulinti savo technologijas ir greičiau pateikti ją rinkai. Tačiau jis atsisakė pateikti išsamios informacijos apie susitarimą, įskaitant tai, kiek pinigų yra įtraukta ir kaip bendrovės pasidalins pelnu.
Ličio ir sieros baterijos turi vieną elektrodą, pagamintą iš ličio, o kitą - iš sieros, kuri paprastai yra suporuota su anglimi. Kaip ir ličio jonų akumuliatorių atveju, įkraunant ir iškraunant akumuliatorių, ličio jonai juda tarp dviejų elektrodų. Tačiau teorinė ličio ir sieros akumuliatorių talpa yra didesnė nei ličio jonų baterijų, nes jonai yra asimiliuojami elektroduose. Pavyzdžiui, prie sieros elektrodo kiekvienas sieros atomas gali turėti du ličio jonus. Paprastai ličio jonų baterijose kiekviename šeimininko atome gali būti tik 0,5–0,7 ličio jonų. gražuolis nazaras , Vaterlo universiteto chemijos profesorius.
Sukurti medžiagas, kurios pasinaudotų šiuo didesniu teoriniu pajėgumu, buvo iššūkis. Viena iš didelių problemų buvo ta, kad siera yra izoliacinė medžiaga, todėl elektronams ir jonams sunku judėti ir išeiti. Taigi, nors teoriškai kiekvienas sieros atomas gali turėti du ličio jonus, iš tikrųjų dažnai ličio jonus priima tik tie sieros atomai, esantys šalia medžiagos paviršiaus.
Kita problema yra ta, kad siera jungiasi su ličio jonais ir galiausiai sudaro diličio sulfidą, todėl susidaro daug tarpinių produktų, vadinamų polisulfidais. Jie ištirpsta akumuliatoriaus skystame elektrolite ir galiausiai gali nusėsti kitose akumuliatoriaus vietose, kur gali blokuoti įkrovimą ir iškrovimą. Dėl šios priežasties baterija gali visiškai nustoti veikti tik po kelių dešimčių ciklų.
Be to, ličio metalo elektrodas gali sukelti saugos problemų. Pavyzdžiui, naudojimo metu ličio elektrodas gali išaugti į šakas primenančias struktūras, kurios padidina elemento varžą, todėl ji įkaista. Galiausiai šios struktūros gali sukelti trumpąjį jungimą. Jei akumuliatorius įkaista, metalas gali ištirpti. Jei išlydytas litis išteka iš kameros ir susiliečia su vandeniu, gali kilti gaisras. Taip pat gali užsidegti akumuliatoriaus elektrolitas.
Nors jis atsisakė pateikti konkrečių duomenų, Weberis sako, kad šios saugos problemos buvo išspręstos. BASF tikslas yra toliau tobulinti medžiagas, kad būtų galima pasiekti daugiau teorinių pajėgumų, o tai, pasak jo, bendrovė turi aiškų planą, ką daryti.
Kalbant apie saugos problemų sprendimą, Weberio pasitikėjimą gali lemti trys pažangos. Cheminio ličio metalo elektrodų apdorojimo metodai gali užkirsti kelią bent tam tikram dendrito susidarymui, nors ne visi tyrinėtojai yra įsitikinę, kad tokio metodo pakaks. Be to, patobulintos polimerinės ir keraminės membranos, atskiriančios du elektrodus ir atsparios dendritų pradūrimui, galėtų užkirsti kelią trumpiesiems jungimams. Tačiau baterijos vis tiek gali būti pažeidžiamos trumpojo jungimo atveju, jei jos yra pažeistos. Siekdamas išvengti elektrolitų gaisrų, Nazar teigia, kad su ličio sieros akumuliatoriais galima naudoti mažiau lakius elektrolitus, nes jų įtampa yra mažesnė nei ličio jonų baterijos.
Atrodo, kad kitas problemas, įskaitant mažą laidumą ir ribotą įkrovimo ciklų skaičių, bent iš dalies išsprendė „Sion Power“. Bendrovė pagamino elementus, kuriuose sukaupta daugiau nei dvigubai daugiau energijos nei šiandien yra ličio jonų baterijose, o tai BASF tikisi patobulinti. Weberis teigia, kad baterijos gali tarnauti visą automobilio eksploatavimo laiką, nors tai gali būti pagrįsta „Sion Power“ prognozėmis, o ne išmatuotais našumais.
Johnas Kopera, „Sion Power“ komercinių operacijų direktorius, sako, kad dabartinės bendrovės baterijos yra skirtos 50 ciklų ir kad ji turi išsamų planą pasiekti apie 1000 ciklų. (To užtenka net 300 000 mylių nuvažiuoti su akumuliatoriumi, kuris užtikrina 300 mylių atstumą.)
Abi bendrovės išsamią informaciją apie savo pažangą laiko sau. Tačiau šią savaitę žurnale Gamtos medžiagos, Nazaras aprašė vieną galimą šių problemų sprendimo būdą. Anksčiau mokslininkai pagerino laidumą sujungdami sierą su anglimi. Nazaras žengė žingsnį toliau – paėmė elektrodus, sudarytus iš reguliariai išdėstytų anglies vamzdelių, ir padarė juos vos kelių nanometrų pločio. (Jų struktūra skiriasi nuo anglies nanovamzdelių struktūros.) Tada Nazaro komanda sukrovė sierą į nanoskalės erdves tarp šių vamzdelių, kad dauguma sieros atomų būtų arti laidžios anglies, todėl jie būtų prieinami ir elektronams, ir ličio jonams.
Anglies vamzdeliai taip pat padėjo išspręsti polisulfidų, kurie gali per anksti nužudyti ląstelę, problemą. Anglies vamzdeliai efektyviai sulaiko polisulfidus, kol jie visiškai paverčiami diličio sulfidu, kuris neapnuodija akumuliatoriaus. Anglies padengimas polimeru, turinčiu afinitetą polisulfidams, taip pat padeda juos išlaikyti. Tačiau neaišku, ar BASF taip pat gali išbandyti nanostruktūrinį elektrodą, kad pagerintų Siono medžiagas. „Sion Power“ iki šiol nenaudojo nanostruktūrinių medžiagų, sako Kopera. Vienas iš iššūkių, susijusių su Nazar metodu, yra tas, kad bus sunku pagaminti didelius anglies vamzdžių elektrodus.
Kai kurios problemos greičiausiai išliks. Viena vertus, baterijos gali būti brangios – ličio metalas yra pati brangiausia ličio forma. Be to, dar nėra patikimų duomenų apie tai, kiek baterijų įkrovimo ciklų gali atlikti ir kaip jie reaguoja į saugos bandymus. Vis dėlto, sako Nazaras, technologija tikrai pažengė į priekį. Mūsų ir kelių kitų įmonių plėtra tikrai leidžia tai padaryti daug arčiau tikrovės.