สามเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่สามารถขับเคลื่อนอนาคตได้

โลกต้องการพลังงานมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบที่สะอาดและหมุนเวียนได้กลยุทธ์การจัดเก็บพลังงานของเราในปัจจุบันกำหนดขึ้นโดยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน – ที่ล้ำหน้าของเทคโนโลยีดังกล่าว – แต่เราคาดหวังอะไรได้บ้างในปีต่อๆ ไป

มาเริ่มกันที่ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับแบตเตอรี่กันก่อนแบตเตอรี่คือชุดของเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป ซึ่งแต่ละเซลล์มีขั้วไฟฟ้าบวก (ขั้วลบ) อิเล็กโทรดขั้วลบ (ขั้วบวก) ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์การใช้สารเคมีและวัสดุที่แตกต่างกันสำหรับสิ่งเหล่านี้จะส่งผลต่อคุณสมบัติของแบตเตอรี่ ไม่ว่าจะเป็นพลังงานที่สามารถจัดเก็บและส่งออกได้ ปริมาณพลังงานที่สามารถจ่ายได้ หรือจำนวนครั้งที่สามารถคายประจุและชาร์จใหม่ได้ (เรียกอีกอย่างว่าความจุในการปั่นจักรยาน)

บริษัทแบตเตอรี่ทำการทดลองอย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาสารเคมีที่มีราคาถูกกว่า หนาแน่นกว่า เบากว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่าเราได้พูดคุยกับ Patrick Bernard – ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของ Saft ซึ่งอธิบายเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่สามประการที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเจเนอเรชันใหม่

มันคืออะไร?

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (li-ion) การจัดเก็บและการปล่อยพลังงานนั้นมาจากการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมจากขั้วบวกไปยังขั้วไฟฟ้าลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ในเทคโนโลยีนี้ อิเล็กโทรดบวกทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดลิเธียมเริ่มต้นและอิเล็กโทรดลบเป็นโฮสต์สำหรับลิเธียมสารเคมีหลายชนิดถูกรวบรวมไว้ภายใต้ชื่อแบตเตอรี่ Li-ion อันเป็นผลมาจากการเลือกและการปรับให้เหมาะสมเป็นเวลาหลายทศวรรษที่ใกล้เคียงกับความสมบูรณ์แบบของสารออกฤทธิ์ที่เป็นบวกและลบออกไซด์ของโลหะหรือฟอสเฟตที่เป็นลิเธียมเป็นวัสดุทั่วไปที่ใช้เป็นวัสดุที่เป็นบวกในปัจจุบันกราไฟท์ แต่ยังใช้แกรไฟต์/ซิลิกอนหรือไททาเนียมออกไซด์ที่เป็นลิเธียมเป็นวัสดุเชิงลบ

ด้วยการออกแบบวัสดุและเซลล์ที่เกิดขึ้นจริง เทคโนโลยี li-ion คาดว่าจะถึงขีดจำกัดด้านพลังงานในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าอย่างไรก็ตาม การค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ของตระกูลใหม่ของวัสดุก่อกวนที่ก่อกวนควรปลดล็อกขีดจำกัดในปัจจุบันสารประกอบที่เป็นนวัตกรรมใหม่เหล่านี้สามารถเก็บลิเธียมได้มากขึ้นในอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ และจะช่วยให้รวมพลังงานและพลังงานเข้าด้วยกันเป็นครั้งแรกนอกจากนี้ ด้วยสารประกอบใหม่เหล่านี้ ยังคำนึงถึงความขาดแคลนและวิกฤตของวัตถุดิบด้วย

ข้อดีของมันคืออะไร?

ในปัจจุบัน ในบรรดาเทคโนโลยีการจัดเก็บที่ล้ำสมัยทั้งหมด เทคโนโลยีแบตเตอรี่ li-ion ช่วยให้มีความหนาแน่นของพลังงานในระดับสูงสุดประสิทธิภาพการทำงาน เช่น การชาร์จอย่างรวดเร็วหรืออุณหภูมิในการทำงาน (-50°C ถึง 125°C) สามารถปรับแต่งได้โดยใช้การออกแบบเซลล์และเคมีที่มีให้เลือกมากมายนอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังแสดงข้อดีเพิ่มเติม เช่น การคายประจุเองที่ต่ำมาก อายุการใช้งานยาวนานมาก และประสิทธิภาพการปั่นจักรยาน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีรอบการชาร์จ/การคายประจุหลายพันรอบ

เราสามารถคาดหวังได้เมื่อใด

คาดว่าแบตเตอรี่ Li-ion ขั้นสูงรุ่นใหม่จะถูกนำมาใช้ก่อนแบตเตอรี่โซลิดสเตตรุ่นแรกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเช่นระบบกักเก็บพลังงานสำหรับพลังงานหมุนเวียนและการขนส่ง (มารีน, ทางรถไฟ,การบินและการสัญจรบนทางวิบาก) ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงานสูง กำลังสูง และความปลอดภัย

แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์

มันคืออะไร?

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนจะถูกเก็บไว้ในวัสดุแอคทีฟซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างโฮสต์ที่มั่นคงระหว่างการชาร์จและการคายประจุในแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ (Li-S) ไม่มีโครงสร้างของโฮสต์ในขณะที่คายประจุ ลิเธียมแอโนดจะถูกบริโภคและกำมะถันจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบทางเคมีหลายชนิดในระหว่างการชาร์จ กระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น

ข้อดีของมันคืออะไร?

แบตเตอรี่ Li-S ใช้วัสดุที่เบามาก ได้แก่ กำมะถันในขั้วบวกและลิเธียมโลหะเป็นขั้วลบนี่คือเหตุผลที่ความหนาแน่นของพลังงานตามทฤษฎีสูงเป็นพิเศษ: มากกว่าลิเธียมไอออนถึงสี่เท่าทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

Saft ได้เลือกและชื่นชอบเทคโนโลยี Li-S ที่มีแนวโน้มมากที่สุดโดยอิงจากอิเล็กโทรไลต์สถานะของแข็งเส้นทางทางเทคนิคนี้นำความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก อายุการใช้งานยาวนาน และเอาชนะข้อเสียหลักของ Li-S ที่เป็นของเหลว (อายุจำกัด การปลดปล่อยตัวเองสูง …)

นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังเป็นส่วนเสริมของลิเธียมไอออนแบบโซลิดสเตตด้วยความหนาแน่นของพลังงานกราวิเมตริกที่เหนือกว่า (+30% ที่สัดส่วนการถือหุ้นในหน่วย Wh/kg)

เราสามารถคาดหวังได้เมื่อใด

อุปสรรคด้านเทคโนโลยีที่สำคัญได้รับการแก้ไขแล้ว และระดับวุฒิภาวะกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็วไปสู่ต้นแบบเต็มรูปแบบ

สำหรับการใช้งานที่ต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนาน เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะออกสู่ตลาดหลังจากลิเธียมไอออนแบบโซลิดสเตต

แบตเตอรี่โซลิดสเตท

มันคืออะไร?

แบตเตอรี่โซลิดสเตตแสดงถึงการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในแง่ของเทคโนโลยีในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่ ไอออนจะเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์เหลว (เรียกอีกอย่างว่าการนำอิออน)ในแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมด อิเล็กโทรไลต์เหลวจะถูกแทนที่ด้วยสารประกอบที่เป็นของแข็ง ซึ่งช่วยให้ไอออนลิเธียมเคลื่อนตัวภายในได้แนวคิดนี้ยังห่างไกลจากแนวคิดใหม่ แต่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา - ด้วยการวิจัยทั่วโลกอย่างเข้มข้น - อิเล็กโทรไลต์ชนิดใหม่ได้ถูกค้นพบโดยมีการนำไอออนิกที่สูงมาก คล้ายกับอิเล็กโทรไลต์เหลว ซึ่งช่วยให้สามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคโนโลยีโดยเฉพาะนี้ได้

วันนี้,Saftความพยายามในการวิจัยและพัฒนามุ่งเน้นไปที่ 2 ประเภทวัสดุหลัก: โพลีเมอร์และสารประกอบอนินทรีย์ โดยมีเป้าหมายเพื่อการทำงานร่วมกันของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ เช่น ความสามารถในการแปรรูป ความเสถียร การนำ …

ข้อดีของมันคืออะไร?

ข้อได้เปรียบใหญ่ประการแรกคือการปรับปรุงความปลอดภัยในระดับเซลล์และแบตเตอรี่อย่างเห็นได้ชัด: อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งจะไม่ติดไฟเมื่อถูกความร้อน ซึ่งแตกต่างจากอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวประการที่สอง อนุญาตให้ใช้วัสดุที่มีความจุสูงที่เป็นนวัตกรรมใหม่และแรงดันสูง ทำให้แบตเตอรี่มีความหนาแน่นและน้ำหนักเบากว่าและมีอายุการเก็บรักษาที่ดีขึ้นอันเป็นผลมาจากการปลดปล่อยตัวเองที่ลดลงนอกจากนี้ ในระดับระบบ จะทำให้เกิดข้อได้เปรียบเพิ่มเติม เช่น กลไกที่เข้าใจง่าย ตลอดจนการจัดการความร้อนและความปลอดภัย

เนื่องจากแบตเตอรี่สามารถแสดงอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักได้สูง จึงเหมาะสำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า

เราสามารถคาดหวังได้เมื่อใด

แบตเตอรี่โซลิดสเตตทุกชนิดมีแนวโน้มที่จะออกสู่ตลาดในขณะที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยียังคงดำเนินต่อไปประการแรกจะเป็นแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตที่มีแอโนดที่ใช้กราไฟท์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานและความปลอดภัยในเวลาที่เหมาะสม เทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตที่เบากว่าที่ใช้ลิเธียมแอโนดที่เป็นโลหะน่าจะมีจำหน่ายในท้องตลาด