Новости

Jun 22, 2023

Литий

Автор: SPW | 29 января 2019 г. Автор: Софиан Бухалфа, доктор философии, архитектор проекта; и

Автор: SPW | 29 января 2019 г.

К Софиан Бухалфа, доктор философии, архитектор проекта; и Навнета Каул, доктор философии, исследователь; оба с PreScouter

Современный мир работает на литиевых батареях. Однако разрабатываются многочисленные химические вещества и новые технологии, чтобы преодолеть ограничения литий-ионных батарей, включая высокую стоимость, источники сырья и перегрев. Чикагская исследовательская фирма PreScouter недавно опубликовала отчет, в котором подробно описываются 10 новых технологий производства аккумуляторов, которые могут совершить переворот на рынке в течение следующего десятилетия и положить начало следующей волне высокопроизводительных аккумуляторов. Вот общий взгляд на выводы отчета, включая обзор этих аккумуляторных технологий, наиболее ценных для солнечной энергии и хранения энергии.

Десять аккумуляторных технологий, которые могут революционизировать рынок солнечной энергии и систем хранения данных в ближайшие пять-десять лет. ПреСкаутер

В литий-ионных батареях традиционно использовались графитовые аноды, но сейчас исследователи и компании сосредоточились на кремниевых анодах. Аноды с преобладанием Si могут связывать ионы лития в 25 раз больше, чем ионы графита. Однако эти батареи страдают от низкой электропроводности, медленной скорости диффузии и больших объемных колебаний во время литиирования. Эти ограничения приводят к распылению Si и нестабильности межфазной границы твердого электролита (SEI).

Чтобы обойти эти проблемы, использовались две основные стратегии: нанотехнологии и углеродное покрытие. В первом методе используются различные кремниевые аноды наноразмера, которые имеют большую площадь поверхности, увеличенный срок службы и стабильность скорости по сравнению с объемными кремниевыми анодами. Они также могут противостоять литиированию и делитированию без растрескивания. В углеродном покрытии используется комбинация наноразмерного кремния с различными формами углеродных материалов для создания высокопроизводительных нанокомпозитных анодов Si/C. В последнее время большой интерес вызвал легированный углерод гетероатомами в качестве покрывающих агентов. Электроды Si-C, легированные гетероатомами, связывают ионы лития сильнее, чем атомы углерода, что приводит к превосходным электрохимическим характеристикам и стабильной электропроводности.

Аккумуляторы на основе Si вызвали большой коммерческий интерес благодаря их низкой стоимости и расширенным возможностям для автомобилей и смартфонов. Конкуренция очень жесткая: многие стартапы, в том числе Sila Nanotechnologies, Enovix, Angstron Materials и Enevate, занимаются коммерциализацией литий-ионных аккумуляторов с преобладанием Si.

Одной из наиболее перспективных альтернатив литий-серным батареям являются натриево-серные батареи из-за схожих физических и химических свойств ионов Na и Li. Однако для работы батареи необходима высокая температура (>300°C). В качестве многообещающей альтернативы недорогая аккумуляторная система RT-NaS вызвала широкий исследовательский интерес к использованию в крупномасштабных сетевых приложениях с повышенной безопасностью. Однако из-за сложных реакций внутри батареи батареи RT-NaS имеют более низкую теоретическую емкость.

В 2018 году для решения проблем батарей RT-NaS использовались различные подходы.

Новый подход к аккумуляторным батареям. Батарея RT-NaS с металлической сетчатой ​​мембраной. Массачусетский технологический институт

Схематическая иллюстрация синтеза полого углерода, украшенного наночастицами кобальта. Природа

Схематическая иллюстрация электролитов с обычным 1М NaTFSI в электролите ПК и (справа) 2MNaTFSI в ПК:ФЭК с добавочным электролитом 10 мМ InI3. Природа

Хотя батареи RT-NaS все еще находятся на ранней стадии разработки, такие компании, как Ambri, дочерняя компания Массачусетского технологического института, возглавляемая доктором Садовеем, работают над улучшением конструкции батареи. Следующее поколение технологий хранения энергии на основе NaS может вскоре стать реальностью благодаря продолжающимся исследовательским усилиям и подходам, обсуждаемым выше.

Многие исследовательские усилия были посвящены созданию высокопроизводительных топливных элементов с протонообменной мембраной (ПЭМ). Однако жизнеспособность топливных элементов PEM была проблемой из-за их высокой стоимости, транспортировки и хранения газообразного водорода.