Το στοιχείο θειάφι είναι φθηνό και άφθονο. Υπάρχει τόσο πολύ από αυτό στη Γη που μεγάλοι κίτρινοι σωροί υλικών συνήθως κάθονται έξω από τα διυλιστήρια ορυκτών καυσίμων αφού αφαιρεθεί από πετρέλαιο και φυσικό αέριο.

Αλλά ηλεκτροχημικοί — οι επιστήμονες που ερευνούν πώς οι χημικές αντιδράσεις δημιουργούν ηλεκτρισμό — έχουν από καιρό δει το θείο ως μια δελεαστική προοπτική για απίστευτη αποθήκευση ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επειδή ο συνδυασμός λιθίου και θείου έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει μια εξαιρετική μπαταρία που θα μπορούσε να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια και να κατασκευαστεί πιο φθηνά από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σήμερα σε φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρικά οχήματα.

Μια εμπορική μπαταρία λιθίου-θείου θα μπορούσε να κάνει την «ηλεκτροδότηση κάτι που είναι άφθονο», όπου «είναι εύκολο να ηλεκτριστούν τα πάντα». είπε Celina Mikolajczak, επικεφαλής τεχνολογίας μπαταριών της startup Lyten, στη σύνοδο του Bloomberg New Energy Finance στο Σαν Φρανσίσκο τον Ιανουάριο. Η Lyten αναπτύσσει μια μπαταρία λιθίου-θείου.

Οι τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου παρεμποδίζονται από την περιορισμένη παροχή νικελίου. Το κοβάλτιο, ένα άλλο βασικό συστατικό στις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου, είναι σε μεγάλο βαθμό εξορύσσεται στη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό, όπου μαστίζονται τα ορυχεία κοβαλτίου ζητήματα ανθρωπίνων δικαιωμάτων. Η ιδέα είναι ότι η αφθονία και το χαμηλό κόστος του θείου θα μπορούσαν να κάνουν μια μπαταρία λιθίου-θείου πολύ φθηνότερη και λιγότερο εξαρτημένη από προβληματικές περιοχές από την τρέχουσα μπαταρία ιόντων λιθίου. που κοστίζει περίπου 150 $ ανά κιλοβατώρα.

Ταυτόχρονα, η χρήση θείου σε μια μπαταρία θα μπορούσε να παρέχει μια θεωρητική εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ή ποσότητα ενέργειας που μπορεί να κρατήσει η μπαταρία με μία μόνο φόρτιση. Τα σημερινά ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να οδηγήσουν περίπου 300 μίλια ανά φόρτιση, αλλά μια μπαταρία λιθίου-θείου θα μπορούσε ενδεχομένως να διπλασιάσει αυτό το εύρος — ή να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό ηλεκτρικό όχημα που έχει το μισό βάρος του αντίστοιχου που κινείται με ιόντα λιθίου.

Τουλάχιστον αυτές είναι οι μεγάλες ελπίδες. Οι μπαταρίες λιθίου-θείου εξακολουθούν να είναι περιορισμένες στα ερευνητικά εργαστήρια. 

Αλλά καθώς τα χρήματα ρέουν σε έναν αναδυόμενο τομέα μπαταριών στις ΗΠΑ από τον νόμο για τη μείωση του πληθωρισμού, εταιρείες και επιστήμονες προσπαθούν να σπάσουν τον κώδικα για να αναπτύξουν μια επαναστατική μπαταρία που θα μπορούσε να είναι η επόμενη στη σειρά μετά τα ιόντα λιθίου. Διακυβεύεται η τεχνολογία που θα μπορούσε ενδεχομένως να επιταχύνει τόσο τα EV όσο και την αποθήκευση καθαρής ενέργειας. 

Μια φασαριόζικη μπαταρία

Το μεγάλο ερώτημα είναι εάν μια εταιρεία μπορεί να αναπτύξει και να κατασκευάσει μια μπαταρία λιθίου-θείου για να λειτουργεί όπως διαφημίζεται όταν κατασκευάζεται σε μεγάλους όγκους. Ενώ νεοφυείς επιχειρήσεις, ερευνητές και μεγάλες εταιρείες μπαταριών εργάζονται στη χημεία, καμία μπαταρία λιθίου-θείου δεν κατασκευάζεται εμπορικά σε κλίμακα.

«Το θείο είναι απείθαρχο. Το λίθιο είναι απείθαρχο. Όταν συνδυάζεις αυτά τα δύο στοιχεία, αποκτάς μια χημεία με την οποία είναι πραγματικά δύσκολο να δουλέψεις», είπε ο Mikolajczak στη σύνοδο κορυφής της BNEF. «Υπάρχει λόγος που αυτή η χημεία δεν έχει αξιοποιηθεί για πολύ καιρό». 

Ένα πρόβλημα είναι ότι το θείο, που χρησιμοποιείται ως κάθοδος της μπαταρίας λιθίου-θείου, περνά από μια αλλαγή φάσης καθώς φορτίζεται και εκφορτίζεται. Μετακινείται από ένα στερεό σε ένα υγρό και πάλι σε ένα στερεό. Αυτό το κάνει πραγματικά «φασαριόζικο», είπε ο Mikolajczak. «Είναι επώδυνο να δουλεύεις μαζί του. Κάνει το κεφάλι σου να εκραγεί».

Οι πρώτες προσπάθειες για μπαταρίες λιθίου-θείου είδαν την ένωση θείου να διαλύεται στον ηλεκτρολύτη, το μέσο (συνήθως υγρό) μέσω του οποίου φορτίζονται και εκφορτίζονται τα ιόντα. 

Πολλές προσπάθειες για την ανάπτυξη μπαταριών λιθίου-θείου έχουν καταλήξει σε μπαταρίες χαμηλής λειτουργίας που αναπτύσσουν δενδρίτες, μικροσκοπικές μεταλλικές δομές που μπορούν να σχηματιστούν κατά τη διαδικασία φόρτισης. Οι δενδρίτες προκαλούν βραχυκύκλωμα και αστοχία της μπαταρίας, ενώ οι μπαταρίες λιθίου-θείου αντιμετώπισαν προβλήματα στη διατήρηση υψηλών κύκλων φόρτισης.

Διακυβεύεται η τεχνολογία που θα μπορούσε ενδεχομένως να επιταχύνει τόσο τα EV όσο και την αποθήκευση καθαρής ενέργειας.

Η εταιρεία του Mikolajczak Lyten - μια νεοσύστατη εταιρεία 8 ετών με έδρα το Σαν Χοσέ της Καλιφόρνια - μπορεί να κατασκευάσει μια τσαλακωμένη μορφή γραφενίου που λέει ότι είναι εξαιρετική στο να συγκρατεί ουσιαστικά το θείο στην μπαταρία ενώ λειτουργεί και ως αγωγός. Η εταιρεία λέει ότι έχει δει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα στις δοκιμές της και η Mikolajczak είπε στην GreenBiz σε συνέντευξή της ότι αναμένει ότι η Lyten θα είναι σε θέση να αναπτύξει «ένα αξιοσέβαστο στοιχείο μπαταρίας» σε περίπου ένα χρόνο. Δεν θα είναι σε μεγάλους όγκους, αλλά οι πρώτοι πελάτες θα μπορούν να το χρησιμοποιήσουν, είπε. Η Lyten σχεδιάζει να πουλήσει τις μπαταρίες σε αυτοκινητοβιομηχανίες και κατασκευαστές drones και ιπτάμενων οχημάτων. 

Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne σημείωσαν επίσης πρόσφατα κάποια πρόοδο στην μπαταρία λιθίου-θείου. Οι επιστήμονες του Argonne δημιούργησαν ένα πορώδες στρώμα που περιέχει θείο μέσα στην μπαταρία που μπορεί να βοηθήσει στην προστασία των υλικών από την καταστροφή δενδρίτη. 

Στο εργαστήριο, η μπαταρία λιθίου-θείου της Argonne μπόρεσε να φορτίσει και να εκφορτίσει 700 φορές, κάτι που είναι ανταγωνιστικό με τις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η ομάδα επιστημόνων Argonne μπόρεσε να δει την επιτυχία του στρώματος μέσα στην κυψέλη λιθίου-θείου χρησιμοποιώντας μια υπερσύγχρονη μηχανή περίθλασης ακτίνων Χ σε ένα από τα εργαστήρια του Argonne. Είναι ένα εργαλείο αιχμής δισεκατομμυρίων δολαρίων. 

Ο επιστήμονας Argonne Guiliang Xu — ένας από τους συγγραφείς μιας πρόσφατης εργασίας — είπε στην GreenBiz ότι η Argonne σχεδιάζει να συνεργαστεί με τον ιδιωτικό τομέα για την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας και την κατασκευή μιας πρωτότυπης μπαταρίας. 

Οι ΗΠΑ φυσικά δεν είναι το μόνο μέρος όπου οι ερευνητές προσπαθούν να ξεκλειδώσουν τον κώδικα λιθίου-θείου. Η Ευρωπαϊκή Ένωση χρηματοδότησε το Έργο LISA, το οποίο μόλις ολοκληρώθηκε και εξέτασε την ανάπτυξη καινοτομιών γύρω από το σχεδιασμό κυψελών μπαταρίας λιθίου-θείου.

Ο κορεατικός γίγαντας LG, μέσω του ενεργειακού του βραχίονα LG Energy Solution, είπε σχεδιάζει να προσπαθήσει να εμπορευματοποιήσει μια μπαταρία λιθίου-θείου το 2025. Μια γερμανική startup που ονομάζεται Θείων αναφέρει στον ιστότοπό της ότι προσπαθεί επίσης να φέρει σύντομα στην αγορά μια μπαταρία λιθίου-θείου. 

Η χρηματοδότηση ρέει

Με νέα κεφάλαια διαθέσιμα από τον πρόσφατα εγκριθέντα IRA, οι αμερικανικές εταιρείες θα μπορούσαν να είναι έτοιμες να κεφαλαιοποιήσουν την κρατική υποστήριξη και την αναπτυσσόμενη αγορά ηλεκτρικών οχημάτων. 

Ο Mikolajczak της Lyten αποκάλεσε τον IRA "τεράστιο" για την ανάπτυξη νέων μπαταριών. «Η παραγωγή μπαταριών είναι εξαιρετικά έντασης κεφαλαίου. [Οι επιδοτήσεις του IRA] δίνουν σε όλους πολύ περισσότερες ευκαιρίες μάχης», είπε ο Mikolajczak στην GreenBiz.

Ταυτόχρονα, οι αυτοκινητοβιομηχανίες γίνονται πιο επιθετικές όταν πρόκειται για επενδύσεις στην τεχνολογία μπαταριών και στην αλυσίδα εφοδιασμού μπαταριών. Εταιρείες όπως η GM, η Daimler και η Ford συνεργάζονται με πολλά υποσχόμενες startup μπαταριών και προμηθευτές ορυκτών μπαταριών. Άλλες εταιρείες καθαρού παιχνιδιού EV, όπως η Tesla και η BYD, έχουν από καιρό επενδύσει πολλά στην τεχνολογία μπαταριών τους.

Οι νεοφυείς επιχειρήσεις τεχνολογίας για το κλίμα φαίνεται να είναι σχετικά πιο απρόσβλητες στους φόβους της ύφεσης και τις απολύσεις από τις αντίστοιχες νεοφυείς επιχειρήσεις πληροφορικής. Οι ιδιώτες επενδυτές συνεχίζουν να χρηματοδοτούν νεοφυείς επιχειρήσεις τεχνολογίας κλίματος, συμπεριλαμβανομένων κατασκευαστών μπαταριών όπως η Lyten, η οποία έχει συγκέντρωσε πάνω από 200 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση μέχρι σήμερα.  

Παρά τις πρόσφατες καινοτομίες και τη χρηματοδότηση, οι μπαταρίες λιθίου-θείου έχουν ακόμη πολύ δρόμο μπροστά τους. Η τρέχουσα μπαταρία ιόντων λιθίου που τροφοδοτεί τη σημερινή επανάσταση των EV έχει επωφεληθεί από 30 χρόνια προόδου. Περιμένετε πολλά χρόνια - αν όχι δεκαετίες - προτού χρησιμοποιηθεί μια μπαταρία λιθίου-θείου σε ένα αυτοκίνητο ως κύρια μπαταρία της Tesla ή της GM. 

Οι πρώτες μπαταρίες λιθίου-θείου πιθανότατα θα καταλήξουν σε οχήματα και συσκευές που πρέπει να είναι εξαιρετικά ελαφριές. Επειδή η μπαταρία λιθίου-θείου έχει διπλάσια ενεργειακή πυκνότητα, θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ένα όχημα με το μισό βάρος. 

Αυτό το μικρό βάρος θα μπορούσε να βοηθήσει στον προσδιορισμό των πρώτων πελατών. Όταν οι μπαταρίες λιθίου-θείου ξεσπάσουν τελικά από το εργαστήριο, δεν πρέπει να περιμένουμε ότι οι πρώτες θα τροφοδοτούν αυτοκίνητα στους δρόμους. Αντίθετα, πιθανότατα θα είναι drones και μικρά ιπτάμενα οχήματα στους ουρανούς.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.greenbiz.com/article/promise-lithium-sulfur-battery