Υπάρχουν δύο πράγματα που θέλουν οι κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων - μπαταρίες που κοστίζουν λιγότερο και μπαταρίες με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. (Θα ήταν ωραίο να μην είχαν την τάση να πιάσουν φωτιά, επίσης.) Δυστυχώς, αυτοί οι δύο στόχοι είναι λίγο πολύ αμοιβαία αποκλειόμενοι. Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου κοστίζουν λιγότερο, αλλά έχουν σχετικά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα. Οι συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου που περιλαμβάνουν κοβάλτιο, νικέλιο ή άλλα ορυκτά έχουν την υψηλότερη διαθέσιμη ενεργειακή πυκνότητα, αλλά είναι ακριβές. Η αγορά αρχίζει να αποκλίνει, με τις πιο δαπανηρές μπαταρίες να πηγαίνουν σε αυτοκίνητα υψηλής ποιότητας και αυτές που κοστίζουν λιγότερο να χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία φθηνότερων μοντέλων.
Αυτό που πρέπει να θυμάστε είναι ότι η έρευνα για τις μπαταρίες βρίσκεται σε εξέλιξη σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Υπάρχουν πολλές δυνατότητες που διερευνώνται, αλλά καμία δεν έχει φτάσει στο σημείο να είναι έτοιμη για παραγωγή σε εμπορικές ποσότητες. Ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να θυμάστε είναι ότι οι κατασκευαστές μπαταριών έχουν επενδύσει δισεκατομμύρια στον εξοπλισμό που κατασκευάζει στοιχεία μπαταρίας. Οποιαδήποτε νέα τεχνολογία που δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει την υπάρχουσα παραγωγική διαδικασία θα έχει μια ψυχρή υποδοχή από τη βιομηχανία.
Μπαταρίες ιόντων νατρίου
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου υπήρχαν σχεδόν όσο και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το νάτριο είναι 300 φορές πιο άφθονο από το λίθιο, γεγονός που το καθιστά πολύ λιγότερο ακριβό, αλλά οι πρώιμες μπαταρίες ιόντων νατρίου είχαν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και μικρή διάρκεια ζωής. Το ιόν λιθίου έγινε το αγαπημένο της βιομηχανίας αποθήκευσης ενέργειας και το νάτριο υποβιβάστηκε στα βάθη της έρευνας για τις μπαταρίες.
Όμως τα πράγματα αλλάζουν. Τον Ιούλιο του τρέχοντος έτους, ανακοίνωσε η CATL είχε αναπτύξει μπαταρίες ιόντων νατρίου με ενεργειακή πυκνότητα 160 Wh/kg. Οι καλύτερες κυψέλες ιόντων λιθίου μπορούν να αποθηκεύσουν 240 Wh/kg, αλλά οι κυψέλες LFP είναι κοντά σε αυτήν την τιμή των 160 Wh/kg. Η CATL λέει ότι σχεδιάζει να φτάσει την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών νατρίου της έως και 200 Wh/kg μέχρι την έναρξη της παραγωγής το 2023. Τον Αύγουστο, το Υπουργείο Βιομηχανίας και Πληροφορικής της Κίνας δήλωσε ότι θα δώσει προτεραιότητα στην ανάπτυξη, τυποποίηση και εμπορευματοποίηση του νατρίου - τεχνολογία ιόντων.
Οι μπαταρίες νατρίου υπόσχονται μεγαλύτερη ωφέλιμη ζωή και ταχύτερους χρόνους φόρτισης από άλλες μπαταρίες, σύμφωνα με Washington Post, που ισχυρίζεται ότι θα μπορούσαν να είναι 30 έως 50% λιγότερο ακριβά από τα σημερινά στοιχεία μπαταρίας. Ας το σκεφτούμε για λίγο. Φθηνότερη, μεγαλύτερης διάρκειας, γρήγορη φόρτιση, επαρκής ενεργειακή πυκνότητα — τι δεν σας αρέσει; Μπορεί να μην χρησιμοποιούνται σε ένα Tesla Model S καρό, αλλά θα μπορούσαν να βρουν ένα σπίτι σε οχήματα με τιμή κάτω από 20,000 $. Ποιο θα προτιμούσατε, μερικές εκατοντάδες Model S Plaids διάσπαρτα σε όλο τον κόσμο ή πολλά εκατομμύρια χαμηλού κόστους, υψηλής απόδοσης ηλεκτρικά αυτοκίνητα;
Μπαταρίες λιθίου-θείου
Μπαταρίες λιθίου-θείου έχουν ενεργειακή πυκνότητα έως και 600 Wh/kg — υπερδιπλάσια από τις καλύτερες διαθέσιμες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Φανταστείτε τι μπορεί να σημαίνει αυτό. Θα ήταν δυνατά αυτοκίνητα με αυτονομία 800 μιλίων ή περισσότερο. Αυτό είναι καλό. Αλλά οι μπαταρίες Li-S τείνουν να τρώνε τα ηλεκτρόδιά τους. Αυτό είναι κακό.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Monash στη Μελβούρνη της Αυστραλίας πιστεύουν ότι έχουν λύσει το πρόβλημα προσθέτοντας μια μικρή δόση ζάχαρης στη φόρμουλα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ηλεκτροδίων για τις μπαταρίες Li-S. «Σε λιγότερο από μια δεκαετία, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να οδηγήσει σε οχήματα, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρικών λεωφορείων και φορτηγών, που μπορούν να ταξιδέψουν από τη Μελβούρνη στο Σίδνεϊ χωρίς επαναφόρτιση. Θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει την καινοτομία στην παράδοση και τα γεωργικά drones όπου το μικρό βάρος είναι πρωταρχικής σημασίας», λέει ο καθηγητής Mainak Majumder. Ο οδηγημένος. Η έρευνα δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Communications. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η προσθήκη γλυκόζης, που προέρχεται από ζάχαρη, προστατεύει τα ηλεκτρόδια από τη μόλυνση από τις ενώσεις θείου μέσα στην μπαταρία.
Μερικές φορές η επιστήμη μπορεί να βρει έμπνευση στο παρελθόν. Οι ερευνητές λένε ότι επηρεάστηκαν από μια έκθεση γεωχημείας που δημοσιεύθηκε το 1988, η οποία περιέγραφε ότι τώρα οι ουσίες με βάση τη ζάχαρη είχαν την ικανότητα να αντιστέκονται στην αποικοδόμηση στα ιζήματα όταν σχημάτιζαν χημικούς δεσμούς με τα σουλφίδια. Δοκίμασαν νέα πρωτότυπα μπαταριών Li-S και βρήκαν ότι κατάφεραν να ξεπεράσουν τα ισοδύναμα ιόντων λιθίου για τουλάχιστον 1,000 κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης.
«Κάθε φόρτιση διαρκεί περισσότερο, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας», λέει ο πρώτος συγγραφέας Yingyi Huang. "Και η κατασκευή των μπαταριών δεν απαιτεί εξωτικά, τοξικά και ακριβά υλικά." Ο συν-συγγραφέας Mahdokht Shaibani προσθέτει ότι παραμένουν βασικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν οι μπαταρίες Li-S εισέλθουν στην εμπορική παραγωγή. «Ενώ πολλές από τις προκλήσεις στην πλευρά της καθόδου της μπαταρίας έχουν λυθεί από την ομάδα μας, εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη για περαιτέρω καινοτομία στην προστασία της ανόδου μετάλλου λιθίου για να καταστεί δυνατή η χρήση αυτής της πολλά υποσχόμενης τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα - καινοτομίες που μπορεί να είναι σωστές στη γωνία.”
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από την αυστραλιανή θυγατρική του Ομίλου Enserv με έδρα την Ταϊλάνδη, η οποία ελπίζει να κατασκευάσει τελικά τις μπαταρίες λιθίου-θείου στην Αυστραλία. «Θα προσπαθούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την τεχνολογία για να εισέλθουμε στην αναπτυσσόμενη αγορά ηλεκτρικών οχημάτων και ηλεκτρονικών συσκευών», λέει ο Mark Gustowski, διευθύνων σύμβουλος της Enserv Australia. «Σκοπεύουμε να κατασκευάσουμε τις πρώτες μπαταρίες λιθίου-θείου στην Αυστραλία χρησιμοποιώντας αυστραλιανό λίθιο μέσα σε περίπου πέντε χρόνια».
Ανόδια από τα απόβλητα τροφίμων
Ερευνητές στο Virginia Tech λένε ότι βρήκαν έναν τρόπο να φτιάχνουν ανόδους μπαταριών από υπολείμματα τροφίμων. «Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να είναι ένα κομμάτι του παζλ για την επίλυση των προβλημάτων βιώσιμης ενέργειας για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες», λέει ο Haibo Huang, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα επιστήμης και τεχνολογίας τροφίμων στο Κολέγιο Γεωργίας και Επιστημών της Ζωής του VT. «Η ζήτηση για αυτές τις επαναχρησιμοποιήσιμες μπαταρίες έχει εκτοξευθεί και πρέπει να βρούμε έναν τρόπο να μειώσουμε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των μπαταριών».
Με βάση τα προκαταρκτικά αποτελέσματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το συστατικό των ινών στα απόβλητα τροφίμων ήταν το κλειδί για την ανάπτυξη προηγμένων υλικών άνθρακα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως άνοδος μπαταρίας, ο αρνητικός ακροδέκτης σε μια μπαταρία. «Η μοναδική μας προσέγγιση της χρήσης υλικών άνθρακα που προέρχονται από γεωργικά απόβλητα για τη φιλοξενία αλκαλιμετάλλων, όπως το λίθιο και το νάτριο, θα φέρει σημαντικές προόδους στην επεξεργασία των γεωργικών απορριμμάτων και στην τεχνολογία μπαταριών», λέει ο καθηγητής Feng Lin, σύμφωνα με μια έκθεση του Δίκτυα τεχνολογίας.
Οι δύο ερευνητές είχαν την ιδέα να χρησιμοποιήσουν τα υπολείμματα φαγητού ενώ έπαιζαν μπάσκετ. «Σκεφτήκαμε γιατί να μην μετατρέψουμε τα υπολείμματα φαγητού σε υλικά μπαταριών λόγω του πόσα απόβλητα τροφίμων υπάρχουν σε όλο τον κόσμο», λέει ο Huang. «Τα περισσότερα από αυτά τα απόβλητα τοποθετούνται σε σκουπίδια και στη συνέχεια αποστέλλονται σε χώρους υγειονομικής ταφής. Απλά πρέπει να λύσουμε την πλευρά της μπαταρίας. Ως μηχανικός επεξεργασίας τροφίμων, μπορώ να τροποποιήσω τη σύνθεση των τροφίμων. Θα μπορούσα να βγάλω τις πρωτεΐνες και τα λιπίδια, μαζί με μερικά από τα μέταλλα, για να δω πώς επηρεάζει την απόδοση της μπαταρίας».
Δοκίμασαν διαφορετικούς τύπους απορριμμάτων τροφίμων για να δουν εάν κάποια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία για την κατασκευή μπαταριών. Βρήκαν ότι όταν ορισμένες ενώσεις αφαιρέθηκαν από την εξίσωση, οι βασικές ενώσεις της κυτταρίνης, των ημικυτταρινών και της λιγνίνης θα μπορούσαν να λειτουργήσουν για μια μπαταρία αφού υποβληθούν σε θερμική επεξεργασία.
Οι αναμενόμενες αρχικές χρήσεις της τεχνολογίας είναι για προσιτές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας για κέντρα δεδομένων ή άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας όπου το μέγεθος της μπαταρίας δεν αποτελεί παράγοντα. Η έρευνά τους θα επικεντρωθεί στη μείωση των ακαθαρσιών στον άνθρακα που αυτή τη στιγμή προκύπτει από τη διαδικασία που επινόησαν.
«Έχουμε την ευκαιρία να λύσουμε δύο επείγοντα ζητήματα σε δύο διαφορετικούς κλάδους», λέει ο Huang. «Πολλή ενέργεια καταναλώνεται ήδη για την παραγωγή και τη μεταφορά τροφίμων στην αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων. Πρέπει να ανακτήσουμε την αξία από τα απόβλητα τροφίμων. Αυτή είναι η τέλεια ευκαιρία, καθώς η παραγωγή μπαταριών αναζητά διαφορετικά υλικά από τον παραδοσιακό άνθρακα».
Και μετά υπάρχει η Toyota
Η εικόνα είναι ευγενική προσφορά της Toyota
Τέλος, στη σημερινή σύνοψη των ειδήσεων για τις μπαταρίες ακούγεται ότι η Toyota αποφάσισε να επενδύσει πολλά στην τεχνολογία και την παραγωγή μπαταριών. Γνωρίζουμε ότι η Toyota στρέφει το βλέμμα της στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης — όπως σχεδόν κάθε άλλη αυτοκινητοβιομηχανία στον κόσμο. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης αντικαθιστούν την ημι-υγρή πάστα που στην πραγματικότητα αποθηκεύει ηλεκτρόνια με ένα εύκαμπτο πολυμερές. Το αποτέλεσμα είναι μια μπαταρία που είναι λιγότερο επιρρεπής στην υπερθέρμανση που μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιές, καθώς και βελτιώσεις στην απόδοση φόρτισης και στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Αλλά η τεχνολογία δεν είναι ακόμα εκεί, αν και αρέσει στις εταιρείες QuantumScape, StoreDot, και Sakti3 πιστεύουν ότι είναι κοντά.
Σύμφωνα με Η Verge, Η Toyota ανακοίνωσε αυτή την εβδομάδα ότι θα επενδύσει 13.6 δισεκατομμύρια δολάρια για τη δημιουργία 10 γραμμών παραγωγής μπαταριών έως το 2025. Τελικά, η εταιρεία λέει ότι μπορεί να διαθέτει έως και 70 εγκαταστάσεις παραγωγής μπαταριών σε όλο τον κόσμο που θα μπορούσαν να παράγουν 200 GWh μπαταριών ετησίως. Για να το θέσουμε αυτό στην προοπτική, η Volkswagen και η Ford αναμένουν και οι δύο η παραγωγή μπαταριών για τα ηλεκτρικά οχήματά τους θα φτάσει τις 240 GWh ετησίως μέχρι το 2030.
Η Toyota ελπίζει ότι οι επενδύσεις της μπορούν να συμβάλουν στη μείωση του κόστους των μπαταριών κατά 30% χάρη στις βελτιώσεις στα υλικά και τα σχέδια κυψελών. Σχεδιάζει επίσης να κατασκευάσει ηλεκτρικά αυτοκίνητα πιο αποδοτικά, με αποτέλεσμα 30% λιγότερη κατανάλωση ενέργειας ανά χιλιόμετρο. «Μέσω αυτής της ολοκληρωμένης ανάπτυξης οχημάτων και μπαταριών, στοχεύουμε να μειώσουμε το κόστος της μπαταρίας ανά όχημα κατά 50 τοις εκατό σε σύγκριση με το Toyota BZ4X το δεύτερο εξάμηνο της δεκαετίας του 2020», λέει ο Masahiko Maeda, επικεφαλής τεχνολογίας της εταιρείας.
Είναι αυτό ένα σημάδι ότι η πανίσχυρη Toyota έχει τελικά εγκαταλείψει την τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου για τα επιβατικά της αυτοκίνητα; Ας το ελπίσουμε, αν και μια ορισμένη εχθρότητα προς τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα διαποτίζει την εταιρεία από το γραφείο του Διευθύνοντος Συμβούλου Akio Toyoda και κάτω. Πρόσφατα, η Toyota κατηγορήθηκε ότι χρησιμοποίησε λομπίστες για να καθυστερήσει ή να εκτροχιάσει την πρωτοβουλία του προέδρου Τζο Μπάιντεν για ηλεκτρικό αυτοκίνητο.
Η Takeaway
Ο κόσμος της τεχνολογίας μπαταριών αλλάζει τόσο γρήγορα, που είναι δύσκολο να παρακολουθείς όλα τα τελευταία νέα. Το μόνο ερώτημα είναι εάν φθηνότερες, μεγαλύτερης διάρκειας και ταχύτερης φόρτισης μπαταρίες θα φτάσουν στην αγορά εγκαίρως για να υπερτροφοδοτήσουν την επανάσταση των EV. Είναι πολύ αργά για να μιλήσουμε για νέα τεχνολογία που μπορεί να είναι διαθέσιμη σε 10 ή 15 χρόνια. Ο κόσμος χρειάζεται ηλεκτρικά οχήματα τώρα.
Μια ενδιαφέρουσα ερώτηση είναι τι θα συμβεί με τις εταιρείες ορυκτών καυσίμων καθώς περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα βγαίνουν στο δρόμο; Αναφέραμε πρόσφατα ότι τα EVs εκτοπίστηκαν μισό δισεκατομμύριο γαλόνια βενζίνης στις ΗΠΑ πέρυσι. Αυτό, παιδιά, είναι πολλή βενζίνη και είναι κακό για τη βιομηχανία και τα νέα θα χειροτερέψουν καθώς η Ford και η GM βρίσκονται στο χείλος της κυκλοφορίας νέων ηλεκτρικών αυτοκινήτων και φορτηγών στην αγορά. Ο ρυθμός της καινοτομίας είναι γρήγορος και επιταχύνεται. Η χρυσή εποχή των ηλεκτρικών μεταφορών είναι προ των πυλών και πλησιάζει καθημερινά.
Εκτιμάτε την πρωτοτυπία της CleanTechnica; Σκεφτείτε να γίνετε Μέλος, υποστηρικτής, τεχνικός ή πρέσβης της CleanTechnica - ή ένας προστάτης Πατρέων.
Πλάτωνας. Επανεκτίμησε το Web3. Ενισχυμένη ευφυΐα δεδομένων.
Κάντε κλικ εδώ για πρόσβαση.
Πηγή: https://cleantechnica.com/2021/09/14/new-really-new-ev-battery-news-its-new-really/
