Сегодня стратегии хранения энергии определяются литий-ионными батареями, которые находятся на переднем крае технологий. Одновременно производители экспериментируют в поисках технологий и материалов, которые сделали бы аккумуляторы еще более энергоемкими, производительными, долговечными, безопасными и доступными. На что мы можем наедятся в ближайшие годы?
Li—Ion батареи нового поколения
Литий-ионные батареи разнообразны по химическому составу электродных материалов. Для изготовления положительных электродов применяются литированные оксиды металлов, фосфат железа лития, а для отрицательных электродов – углерод (графит), иногда кремний, литированные оксиды титана. С нынешними материалами и конструкциями ячеек литий-ионная технология практически достигла предела своих возможностей. Однако недавно открытые активные материалы способны хранить больше ионов лития и помогут преодолеть технологический тупик. Новые химические составы также решают проблемы с добычей и вторичной переработкой лития.
Преимущества
- Литий-ионные батареи отличаются высокой плотностью энергии (110-270 Вт·ч/кг), что делает их незаменимыми для мощных портативных устройств и электротранспорта.
- Они быстро заряжаются, способны служить в широком диапазоне температур (в зависимости от химсостава).
- Долгий срок службы, часто равный сроку службы техники, в которой они установлены.
- Отсутствие или минимальное влияние эффекта памяти.
- Низкий саморазряд.
Перспектива
Ожидается, что усовершенствованные литиевые аккумуляторы будут внедрены раньше твердотельных аккумуляторов. Они будут использовать в источниках бесперебойного питания, системах хранения энергии от возобновляемых источников, а также в автомобильном, морском, авиационном и железнодорожном транспорте.
Литий-серные батареи (Li-S)
В литий-серной батарее применяется анод с литированным металлом и серно-углеродный катод. При разрядке материал анода расходуется, а сера переходит в различные химические соединения; при зарядке процесс идет вспять. Катод может быть жидким, но твердотельный считается более перспективным, поскольку продлевает срок службы, увеличивает количество циклов перезарядки, снижает саморазряд.
Преимущества
- Высочайшая плотность энергии (250-900 Вт·ч/кг), теоретически можно достигнуть 2600 Вт·ч/кг.
- Высокая энергоемкость и низкий вес важны для авиационной, аэрокосмической отраслей.
- Низкая себестоимость.
- Меньшее воздействие на природу.
Перспектива
Американская компания Lyten готовится к коммерческому выпуску первых литий-серных в 2025 году. Они будут устанавливаться в промышленную технику, требующую длительной автономности, а также в электромобили и электросамолеты.
Твердотельные аккумуляторы
За последнее десятилетие открыты новые твердые материалы с высокой ионной проводимостью, которые способны эффективно заменить жидкий электролит в литий-ионных батареях. В итоге производители вплотную подошли к производству мощных и при этом безопасных твердотельных аккумуляторов.
Преимущества
- Повышенная безопасность, поскольку твердый электролит не протекает, не воспламеняется при перегреве ячеек или батареи.
- Компактность, легкость аккумулятора. Выгодное соотношение емкости и веса.
- Более быстрая зарядка.
- Низкий саморазряд при хранении.
Перспектива
К скорому коммерческому выпуску твердотельных аккумуляторов готовятся такие компании как Quantumscape, Blue Solutions, Solid Power, Toyota. А вот крупный китайский производитель CATL считает технологию еще «сырой» для массового производства, хотя умеет производить опытные образцы таких батарей.