Kāpēc litija jonu baterijas var valdīt ilgu laiku

2010 Kalifornijas Universitātes Regenti, izmantojot Lorensa Bērklija Nacionālo laboratoriju.

ASV Enerģētikas departaments ir palaišana liels pētniecības darbs, lai izstrādātu jaunas paaudzes litija jonu akumulatorus, kas lielākoties nesatur kobaltu, retu un dārgu metālu, ko piegādā arvien biežāk satraucoša piegādes ķēde .

Trīs gadu programma, kas ir daļa no a plašākas pūles lai paātrinātu progresīvās transportlīdzekļu tehnoloģijas, galu galā varētu tikt radīti lētāki, ilgāk kalpojoši patēriņa sīkrīki, elektromobiļi un tīkla uzglabāšana.

Materiālu zinātnieks Gerds Seders pārrauga vienu projektu Lawrence Berkeley National Lab pētniecības programmas ietvaros, kura mērķis ir izstrādāt nesakārtotus akmeņsāļus kā alternatīvu materiālu katodiem, pozitīvo elektrodu uzlādējamā šūnā. Parasti litija jonu akumulatoru katodiem ir nepieciešams kobalts, lai elektrodā izveidotu un saglabātu slāņainu struktūru, kas ļauj litija joniem viegli plūst caur to. Taču pirms vairākiem gadiem Seders un viņa kolēģi atklāja, ka šī jaunā materiālu klase var uzglabāt vairāk litija, potenciāli palielinot enerģijas blīvumu, vienlaikus pilnībā izvairoties no nepieciešamības pēc kobalta (skatiet Sakārtoti materiāli sola iegūt labākas baterijas ).

Lawrence Berkeley projekts, kā arī divi Argonne National Laboratory kopā saņēma USD 12,5 miljonus no DOE Vehicle Technologies Office.

Intervijā ar MIT tehnoloģiju apskats , Ceder apsprieda izaicinājumus, lai nodrošinātu, ka jaunie materiāli darbojas kā alternatīva akumulatoru ražošanā, iemeslus, kāpēc litija jonu tehnoloģija turpinās dominēt uzglabāšanā vēl ilgu laiku, un kāpēc ir nepieciešams tik ilgs laiks, lai akumulatoru attīstītu. lai sasniegtu tirgu.

Šī intervija ir rediģēta telpas un skaidrības labad.

Kādi ir nākamie soļi šīs jaunās savienojumu klases izstrādē ?

Kopš koncepcijas sākotnējās atklāšanas ir pagājuši apmēram četri gadi, un šajā kategorijā ir vairāk nekā ducis savienojumu, kas jau ir parādījuši daudzsološas īpašības. Tātad šī ir atklāšanas fāze, kurā visi iet un izmēģina dažādas ķīmijas, piemēram, Lūiss un Klārks pēta.

Nākamais solis ir izmantot dažus no šiem materiāliem, kas izskatās daudzsološi, un pārbaudīsim, vai mēs varam atrisināt visas mazās problēmas, kas jāatrisina, lai mēs varētu faktiski izveidot komerciālu produktu.

Uzlādes-izlādes ātrumam jābūt labam. Cikla kalpošanas laiks, kas nosaka akumulatora darbības laiku, ir jāuzlabo.

Un tad cilvēki iemācās veikt visa veida apstrādes trikus un virsmas apstrādi, un tā akumulatori kļūst arvien labāki.

Bet es teiktu, ka daži no šiem materiāliem nonāks nākamajā posmā. Iespējams, ka mūsdienās tā ir viena no mūsu labākajām iespējām izmantot katoda materiālus ar lielāku enerģijas blīvumu.

Kāpēc ir nepieciešams tik ilgs laiks, līdz visi laboratorijas uzlabojumi krātuvē patiešām nonāk tirgū?

Lai kaut ko pārvērstu par komerciālu produktu, tas ir ilgs slogs, pat ja jūs atklājat ātrāk. Tas ir tikai ļoti garš ceļš līdz materiālu optimizācijai, testēšanai, klientu pieņemšanai un visām šīm lietām. Tiktāl, ka pat tad, ja man būtu kaut kas, kas šodien laboratorijā darbotos nevainojami, jums, iespējams, būtu sešu līdz 10 gadu slogs.

Kādam tas ir jāpalielina. Viņiem tas ir jāpārbauda. Tad viņiem tas ir jānodod akumulatoru ražotājam, šūnu ražotājam, kurš pavadīs divus gadus, lai to pārbaudītu, un tad, ja viņiem tas beidzot iepatiksies, viņi no tā var izgatavot nelielu produktu — kaut ko, kas nonāk nišas tirgū, jo viņi nevēlas uzņemties tirgus risku ar jauniem produktiem.

Pirms dažiem gadiem tu teica ka cietvielu akumulatori ir gandrīz ideāls akumulators. Ko tu domā šodien?

Es joprojām esmu optimistisks, ka viņi patiešām maina spēli. Un es domāju, ka galīgais produkts varētu būt tik labs, un tas, manuprāt, attaisno pūles un centienus uz to. Tas varētu sākt izskatīties kā ideāls akumulators.

To sakot, protams, kopš tā laika mēs un citi cilvēki esam atklājuši visus ar to saistītos jautājumus, kas ir jāatrisina. Tāpēc es joprojām domāju, ka tā šobrīd ir viena no daudzsološākajām lietām enerģijas uzglabāšanai. Bet ir diezgan daudz jautājumu, kas ir jāatrisina.

Šie cietvielu elektrolīti bieži nav stabili. Un patiesībā neviens pat nav izdomājis lielisku veidu, kā ražot cietvielu akumulatorus.

Jūs varat tos izgatavot laboratorijā, un uzņēmumi var pat izveidot prototipu, taču tas tikai pierāda, ka varat to izdarīt. Tas nepierāda, ka varat to izdarīt ekonomiski.

Daudzi no tiem ir inženiertehniskie izaicinājumi, un man ir tāda filozofija, ka inženiertehniskās problēmas tiek atrisinātas ar naudu. Zinātniskās problēmas ir pavisam citā kategorijā. Izgudrojumam ir grūti noteikt laika līniju.

Bet esmu pārliecināts, ka tas notiks.

Vēl viena joma, kurā šogad esam redzējuši ievērojamas investīcijas, ir tīkla uzglabāšana. Kādi pētniecības ceļi, jūsuprāt, tur ir daudzsološi?

Manuprāt, režģa glabāšana ir diezgan savvaļas karte. Īstermiņā es tikai redzu, ka tas viss ir litija joni. Iemesls ir tas, ka tas ir uzticams, un jūs šodien varat to iegādāties no uzticamiem pārdevējiem.

Jums var būt filozofiska diskusija par to, vai tas ir labākais enerģijas uzglabāšanas veids tīklam. Bet, ja esat PG&E, no kā jūs gatavojaties pirkt? Startup XYZ, kura, iespējams, nebūs pēc trim gadiem, vai arī jūs gatavojaties pirkt no LG Chem, CATL vai Samsung?

Tāpēc es neizslēdzu, ka tīklā var iekļūt arī citas tehnoloģijas, taču tām nevajadzētu par zemu novērtēt vēsturiskā operatora konkurenci. Pašreizējais operators vienmēr ir spēks.

Pretarguments, ko jūs dzirdat, ir tāds, ka ir ierobežojumi tam, kā lēti var iegūt litija jonu, un tā nav ideāla tehnoloģija, kas piemērota dienām, nedēļām vai pat mēnešiem, kas jums var būt nepieciešami tīklam (sk. 2,5 triljonu dolāru iemesls, kāpēc mēs nevaram paļauties uz akumulatoriem, lai attīrītu tīklu).

Litija joni jau ir diezgan lēti. Visas šīs pārējās tehnoloģijas — lai gan uz papīra tām var būt zemu izmaksu struktūra, tām joprojām ir jānokļūst. Jaunuzņēmumiem ir nepieciešami augstvērtīgi tirgi, un tīkls nav īpaši vērtīgs tirgus.

Ņemsim ārkārtēju piemēru — aplūkosim sezonālo uzglabāšanu. Cik daudz esat gatavs maksāt par kilovatstundu, ko pārvietojat no jūnija uz decembri? Lietai ir jābūt neticami lētai.

Man nav skaidrs, vai šo problēmu risinājumi tiks atrasti klasiskajā elektroķīmijas krātuvē. Ne visas problēmas ir jāatrisina ar akumulatoriem.

paslēpties