Մարտկոցի երեք տեխնոլոգիա, որոնք կարող են սնուցել ապագան

Աշխարհին ավելի շատ ուժ է պետք, նախընտրելի է մաքուր և վերականգնվող ձևով:Էներգախնայողության մեր ռազմավարությունները ներկայումս ձևավորվում են լիթիում-իոնային մարտկոցներով, որոնք գտնվում են նման տեխնոլոգիայի առաջնակարգ եզրին, բայց ինչի՞ն կարող ենք անհամբեր սպասել գալիք տարիներին:

Սկսենք մարտկոցի որոշ հիմունքներից:Մարտկոցը մեկ կամ մի քանի բջիջներից բաղկացած փաթեթ է, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի դրական էլեկտրոդ (կաթոդ), բացասական էլեկտրոդ (անոդ), բաժանարար և էլեկտրոլիտ:Դրանց համար տարբեր քիմիական նյութերի և նյութերի օգտագործումն ազդում է մարտկոցի հատկությունների վրա՝ որքան էներգիա այն կարող է կուտակել և թողարկել, որքան էներգիա կարող է ապահովել կամ լիցքաթափվելու և լիցքավորվելու հաճախականությունը (որը նաև կոչվում է հեծանվային հզորություն):

Մարտկոցներ արտադրող ընկերությունները մշտապես փորձեր են անում՝ գտնելու ավելի էժան, ավելի խիտ, թեթև և հզոր քիմիական նյութեր:Մենք խոսեցինք Պատրիկ Բերնարդի հետ՝ Saft Research-ի տնօրեն, ով բացատրեց մարտկոցների երեք նոր տեխնոլոգիաներ՝ փոխակերպող ներուժով:

ՆՈՐ ՍԵՐՆԴԻ ԼԻԹԻՈՒՄ-ԻՈՆԱՅԻՆ Մարտկոցներ

Ի՞նչ է դա։

Լիթիում-իոնային (li-ion) մարտկոցներում էներգիայի կուտակումն ու արտազատումը ապահովվում է էլեկտրոլիտի միջոցով լիթիումի իոնների դրականից դեպի բացասական էլեկտրոդի շարժման միջոցով:Այս տեխնոլոգիայի մեջ դրական էլեկտրոդը հանդես է գալիս որպես լիթիումի սկզբնական աղբյուր, իսկ բացասական էլեկտրոդը՝ որպես լիթիումի ընդունող:Մի քանի քիմիա հավաքվում են լի-իոնային մարտկոցների անվան տակ՝ դրական և բացասական ակտիվ նյութերի կատարելագործմանը մոտ տասնամյակների ընտրության և օպտիմալացման արդյունքում:Լիթիացված մետաղների օքսիդները կամ ֆոսֆատները ամենատարածված նյութն են, որն օգտագործվում է որպես ներկա դրական նյութեր:Որպես բացասական նյութեր օգտագործվում են գրաֆիտը, բայց նաև գրաֆիտ/սիլիկոն կամ լիթիացված տիտանի օքսիդները։

Ակնկալվում է, որ իրական նյութերի և բջիջների ձևավորման շնորհիվ li-ion տեխնոլոգիան առաջիկա տարիներին կհասնի էներգիայի սահմանաչափի:Այնուամենայնիվ, խանգարող ակտիվ նյութերի նոր ընտանիքների վերջին բացահայտումները պետք է բացեն ներկա սահմանները:Այս նորարարական միացությունները կարող են ավելի շատ լիթիում կուտակել դրական և բացասական էլեկտրոդներում և առաջին անգամ թույլ կտան համատեղել էներգիան և հզորությունը:Բացի այդ, այս նոր միացությունների հետ հաշվի են առնվում նաև հումքի սակավությունն ու կրիտիկականությունը։

Որո՞նք են դրա առավելությունները:

Այսօր, ի թիվս բոլոր ժամանակակից պահպանման տեխնոլոգիաների, լի-իոնային մարտկոցների տեխնոլոգիան թույլ է տալիս էներգիայի խտության ամենաբարձր մակարդակը:Գործողությունները, ինչպիսիք են արագ լիցքավորումը կամ ջերմաստիճանի աշխատանքային պատուհանը (-50°C մինչև 125°C), կարող են ճշգրտվել բջիջների դիզայնի և քիմիայի մեծ ընտրության շնորհիվ:Ավելին, լի-իոնային մարտկոցները ցուցադրում են լրացուցիչ առավելություններ, ինչպիսիք են շատ ցածր ինքնալիցքաթափումը և շատ երկար կյանքի և հեծանվային կատարումները, սովորաբար հազարավոր լիցքավորման/լիցքաթափման ցիկլեր:

Ե՞րբ կարող ենք ակնկալել:

Ակնկալվում է, որ նոր սերնդի առաջադեմ լի-իոնային մարտկոցները կտեղակայվեն մինչև պինդ վիճակի առաջին սերնդի մարտկոցները:Դրանք իդեալական կլինեն այնպիսի ծրագրերում օգտագործելու համար, ինչպիսիք են էներգիայի պահպանման համակարգերըվերականգնվող աղբյուրներև տրանսպորտ (ծովային, երկաթուղիներ,ավիացիանև արտաճանապարհային շարժունակություն), որտեղ բարձր էներգիան, բարձր հզորությունը և անվտանգությունը պարտադիր են:

Լիթիում-ծծմբային մարտկոցներ

Ի՞նչ է դա։

Li-ion մարտկոցներում լիթիումի իոնները պահվում են ակտիվ նյութերում, որոնք գործում են որպես կայուն հյուրընկալող կառուցվածքներ լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակ:Լիթիում-ծծմբի (Li-S) մարտկոցներում հյուրընկալող կառուցվածքներ չկան:Լիցքաթափման ընթացքում լիթիումի անոդը սպառվում է և ծծումբը վերածվում է մի շարք քիմիական միացությունների.լիցքավորման ժամանակ տեղի է ունենում հակառակ գործընթացը։

Որո՞նք են դրա առավելությունները:

Li-S մարտկոցը օգտագործում է շատ թեթև ակտիվ նյութեր՝ ծծումբը դրական էլեկտրոդում և մետաղական լիթիումը որպես բացասական էլեկտրոդ:Ահա թե ինչու նրա տեսական էներգիայի խտությունը անսովոր բարձր է՝ չորս անգամ ավելի, քան լիթիում-իոնինը:Դա այն դարձնում է լավ պիտանի ավիացիոն և տիեզերական արդյունաբերության համար:

Saft-ը ընտրել և նախընտրել է ամենահեռանկարային Li-S տեխնոլոգիան, որը հիմնված է պինդ վիճակի էլեկտրոլիտի վրա:Այս տեխնիկական ուղին բերում է էներգիայի շատ բարձր խտություն, երկար կյանք և հաղթահարում է հեղուկի վրա հիմնված Li-S-ի հիմնական թերությունները (սահմանափակ կյանք, բարձր ինքնասպասարկում,…):

Ավելին, այս տեխնոլոգիան լրացնում է պինդ վիճակի լիթիում-իոնը՝ շնորհիվ իր բարձր գրավիմետրիկ էներգիայի խտության (+30% վտանգ/կգ վտանգված):

Ե՞րբ կարող ենք ակնկալել:

Տեխնոլոգիական հիմնական խոչընդոտներն արդեն հաղթահարված են, և հասունության մակարդակը շատ արագ առաջ է շարժվում դեպի լայնածավալ նախատիպեր:

Ակնկալվում է, որ մարտկոցի երկար կյանք պահանջող ծրագրերի համար այս տեխնոլոգիան շուկա կհայտնվի պինդ վիճակի լիթիում-իոնից անմիջապես հետո:

ՊԻՐԴ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՐՏԿՈՑՆԵՐ

Ի՞նչ է դա։

Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները տեխնոլոգիայի առումով պարադիգմային փոփոխություն են ներկայացնում:Ժամանակակից լի-իոնային մարտկոցներում իոնները տեղափոխվում են մի էլեկտրոդից մյուսը հեղուկ էլեկտրոլիտով (նաև կոչվում է իոնային հաղորդունակություն):Ամբողջովին պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներում հեղուկ էլեկտրոլիտը փոխարինվում է պինդ միացությամբ, որը, այնուամենայնիվ, թույլ է տալիս լիթիումի իոններին տեղափոխել դրա ներսում:Այս հայեցակարգը հեռու է նոր լինելուց, սակայն վերջին 10 տարիների ընթացքում՝ համաշխարհային ինտենսիվ հետազոտության շնորհիվ, հայտնաբերվել են պինդ էլեկտրոլիտների նոր ընտանիքներ՝ շատ բարձր իոնային հաղորդունակությամբ, որը նման է հեղուկ էլեկտրոլիտին, ինչը թույլ է տալիս հաղթահարել այս տեխնոլոգիական խոչընդոտը:

Այսօր,ՍաֆթՀետազոտության և զարգացման ջանքերը կենտրոնացած են նյութերի 2 հիմնական տիպի վրա՝ պոլիմերներ և անօրգանական միացություններ՝ նպատակ ունենալով ներդաշնակեցնել ֆիզիկաքիմիական հատկությունները, ինչպիսիք են մշակելիությունը, կայունությունը, հաղորդունակությունը…

Որո՞նք են դրա առավելությունները:

Առաջին հսկայական առավելությունը բջիջների և մարտկոցների մակարդակներում անվտանգության զգալի բարելավումն է. պինդ էլեկտրոլիտները տաքացնելիս դյուրավառ չեն, ի տարբերություն իրենց հեղուկ գործընկերների:Երկրորդը, այն թույլ է տալիս օգտագործել նորարարական, բարձր լարման բարձր հզորությամբ նյութեր, որոնք թույլ են տալիս ավելի խիտ, թեթև մարտկոցներ ունենալ ավելի լավ պահպանման ժամկետով` ինքնալիցքաթափման նվազեցման արդյունքում:Ավելին, համակարգի մակարդակով այն կբերի լրացուցիչ առավելություններ, ինչպիսիք են պարզեցված մեխանիկա, ինչպես նաև ջերմային և անվտանգության կառավարում:

Քանի որ մարտկոցները կարող են ցուցադրել հզորության և քաշի բարձր հարաբերակցություն, դրանք կարող են իդեալական լինել էլեկտրական մեքենաներում օգտագործելու համար:

Ե՞րբ կարող ենք ակնկալել:

Տեխնոլոգիական առաջընթացի հետ մեկտեղ, ամենայն հավանականությամբ, շուկա դուրս կգան մի քանի տեսակի ամբողջովին պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներ:Առաջինը կլինեն պինդ վիճակի մարտկոցներ՝ գրաֆիտի վրա հիմնված անոդներով, որոնք կբերեն բարելավված էներգիայի արդյունավետություն և անվտանգություն:Ժամանակի ընթացքում, ավելի թեթև պինդ վիճակում մարտկոցների տեխնոլոգիաները, որոնք օգտագործում են մետաղական լիթիումի անոդ, պետք է դառնան առևտրային շուկայում: