211service.com
Litija-sēra akumulatoru apskate
Litija sēra akumulatori, kas potenciāli var uzglabāt vairākas reizes vairāk enerģijas nekā litija jonu akumulatori, vēsturiski ir bijuši pārāk dārgi, nedroši un neuzticami, lai tos ražotu komerciāli. Taču dažu neseno sasniegumu dēļ tie tagad iegūst jaunu izskatu. Šo akumulatoru konstrukcijas uzlabojumi ir noveduši pie ķīmijas giganta BASF no Ludvigshāfenes, Vācijā, lai sadarbotos Sion Power , uzņēmums Tuksonā, AZ, kas jau ir izstrādājis litija sēra akumulatoru elementu prototipu.
Sēra jauda: Šo litija-sēra akumulatora prototipu izstrādāja Sion Power. Sadarbībā ar BASF uzņēmums plāno pilnveidot akumulatoru dizainu izmantošanai elektriskajos transportlīdzekļos.
Salīdzinājumā ar esošajām tehnoloģijām, ko izmanto elektriskajos transportlīdzekļos, plānots nobraukto attālumu palielināt vismaz 5 līdz 10 reizes konkrēta izmēra akumulatoram, saka Tomass Vēbers, BASF meitasuzņēmuma izpilddirektors. BASF nākotnes bizness . Citi eksperti saka, ka trīskāršs uzlabojums ir saprātīgāks novērtējums, taču tas joprojām būtu iespaidīgs veiktspējas lēciens. Vēbers saka, ka BASF pieredze materiālu jomā palīdzēs Sion Power vēl vairāk uzlabot savu tehnoloģiju un ātrāk laist to tirgū. Tomēr viņš atteicās sniegt sīkāku informāciju par vienošanos, tostarp par to, cik daudz naudas ir iesaistīts un kā uzņēmumi sadalīs peļņu.
Litija sēra akumulatoriem ir viens elektrods, kas izgatavots no litija, bet otrs - no sēra, kas parasti ir savienots pārī ar oglekli. Tāpat kā litija jonu akumulatoru gadījumā, akumulatora uzlāde un izlāde ietver litija jonu kustību starp diviem elektrodiem. Bet litija-sēra akumulatoru teorētiskā kapacitāte ir augstāka nekā litija jonu akumulatoru, jo joni tiek asimilēti pie elektrodiem. Piemēram, pie sēra elektroda katrs sēra atoms var uzņemt divus litija jonus. Parasti litija jonu akumulatoros katram saimnieka atomam var ievietot tikai 0,5 līdz 0,7 litija jonus. skaistais nazars , Vaterlo universitātes ķīmijas profesors.
Materiālu izgatavošana, kas izmanto šo augstāko teorētisko jaudu, ir bijis izaicinājums. Viena liela problēma ir tā, ka sērs ir izolācijas materiāls, kas apgrūtina elektronu un jonu pārvietošanos un izeju. Tātad, lai gan teorētiski katrs sēra atoms var uzņemt divus litija jonus, patiesībā litija jonus bieži vien pieņem tikai tie sēra atomi, kas atrodas materiāla virsmas tuvumā.
Vēl viena problēma ir tā, ka sēram saistoties ar litija joniem, galu galā veidojot diltija sulfīdu, tas veido vairākus starpproduktus, ko sauc par polisulfīdiem. Tie izšķīst akumulatora šķidrajā elektrolītā un galu galā var nogulsnēties citās akumulatora vietās, kur tie var bloķēt uzlādi un izlādi. Šī iemesla dēļ akumulators var pilnībā pārstāt darboties jau pēc dažiem desmitiem ciklu.
Turklāt litija metāla elektrods rada iespējamās drošības problēmas. Piemēram, lietošanas laikā litija elektrodā var izaugt zarveidīgas struktūras, kas palielina šūnas pretestību, izraisot tās uzkaršanu. Galu galā šīs struktūras var izraisīt īssavienojumu. Ja akumulators uzkarst, metāls var izkust. Ja izkausētais litijs izplūst no šūnas un nonāk saskarē ar ūdeni, tas var izraisīt ugunsgrēku. Var aizdegties arī akumulatora elektrolīts.
Lai gan viņš atteicās sniegt konkrētu informāciju, Vēbers saka, ka šīs drošības problēmas ir atrisinātas. BASF mērķis ir turpināt uzlabot materiālus, lai piekļūtu lielākai to teorētiskajai kapacitātei, un, pēc viņa teiktā, uzņēmumam ir skaidrs plāns, kā to darīt.
Drošības problēmu risināšanas ziņā Vēbera pārliecību varētu radīt trīs sasniegumi. Litija metāla elektrodu ķīmiskās apstrādes metodes var novērst vismaz daļu dendrīta veidošanās, lai gan ne visi pētnieki ir pārliecināti, ka ar šo pieeju pietiks. Arī uzlabotas polimēru un keramikas membrānas, kas atdala divus elektrodus un pretojas dendritu caurduršanai, varētu novērst īssavienojumus. Tomēr akumulatori joprojām var būt neaizsargāti pret īssavienojumu, ja tie ir bojāti. Lai novērstu elektrolītu aizdegšanos, Nazar saka, ka litija-sēra akumulatoriem var izmantot mazāk gaistošus elektrolītus, jo tiem ir zemāks spriegums nekā litija jonu akumulatoriem.
Citas problēmas, tostarp zema vadītspēja un ierobežots uzlādes ciklu skaits, šķiet, vismaz daļēji ir risinājusi Sion Power. Uzņēmums ir ražojis šūnas, kas uzglabā vairāk nekā divas reizes vairāk enerģijas nekā šodien pieejamie litija jonu akumulatori, ko BASF cer uzlabot. Un Vēbers saka, ka akumulatori var darboties visu automašīnas kalpošanas laiku, lai gan tas var būt balstīts uz Sion Power prognozēm, nevis izmērīto veiktspēju.
Džons Kopera, Sion Power komerciālo operāciju direktors, saka, ka uzņēmuma pašreizējās baterijas ir paredzētas 50 cikliem un ka tam ir visaptverošs plāns sasniegt aptuveni 1000 ciklus. (Tas ir pietiekami, lai nobrauktu 300 000 jūdžu, izmantojot akumulatoru, kas nodrošina 300 jūdžu darbības rādiusu.)
Abi uzņēmumi informāciju par saviem sasniegumiem patur sev. Bet šonedēļ žurnālā Dabas materiāli, Nazars aprakstīja vienu iespējamo pieeju šo problēmu risināšanai. Agrāk pētnieki ir uzlabojuši vadītspēju, apvienojot sēru ar oglekli. Nazar gāja soli tālāk, paņemot elektrodus, kas sastāv no regulāri izvietotām oglekļa caurulēm un padarot tos tikai dažus nanometrus platus. (To struktūra atšķiras no oglekļa nanocauruļu struktūras.) Pēc tam Nazar komanda ievietoja sēru nanomēroga telpās starp šīm caurulēm, lai lielākā daļa sēra atomu atrastos tuvu vadošam ogleklim, padarot tos pieejamus gan elektroniem, gan litija joniem.
Oglekļa caurules arī palīdzēja atrisināt polisulfīdu problēmu, kas var priekšlaicīgi nogalināt šūnu. Oglekļa caurules efektīvi aiztur polisulfīdus vietā, līdz tie pilnībā tiek pārveidoti par dilitija sulfīdu, kas nesaindē akumulatoru. Oglekļa pārklāšana ar polimēru, kam ir afinitāte pret polisulfīdiem, arī palīdz tos noturēt vietā. Bet nav skaidrs, vai BASF varētu arī izmēģināt nanostrukturētu elektrodu, lai uzlabotu Sion materiālus. Līdz šim Sion Power nav izmantojis nanostrukturētus materiālus, saka Kopera. Viens no Nazar pieejas izaicinājumiem ir tas, ka būs grūti izgatavot oglekļa caurules elektrodus lielos apjomos.
Dažas problēmas, iespējams, joprojām pastāv. Pirmkārt, baterijas var būt dārgas — litija metāls ir visdārgākais litija veids. Tāpat vēl nav pieejami stingri dati par to, cik uzlādes ciklu baterijas var veikt un kā tās reaģē uz drošības pārbaudēm. Tomēr Nazar saka, ka tehnoloģija noteikti ir gājusi garu ceļu. Mūsu un dažu citu uzņēmumu attīstība noteikti ļauj tam būt daudz tuvāk realitātei.