Het element zwavel is goedkoop en overvloedig aanwezig. Er is zoveel op aarde dat grote gele stapels van het spul gewoonlijk buiten raffinaderijen voor fossiele brandstoffen blijven staan nadat het is ontdaan van olie en aardgas.
Maar elektrochemici - wetenschappers die onderzoeken hoe chemische reacties elektriciteit creëren - hebben zwavel al lang gezien als een verleidelijk vooruitzicht voor ongelooflijke energieopslag. Dat komt omdat de combinatie van lithium en zwavel het potentieel heeft om een buitengewone batterij te maken die zowel meer energie kan opslaan als goedkoper kan worden gemaakt dan de lithium-ionbatterijen die tegenwoordig in laptops en elektrische voertuigen worden gebruikt.
Een commerciële lithium-zwavelbatterij zou "elektrificatie iets kunnen maken dat overvloedig is", waar "het gemakkelijk is om alles te elektrificeren", zei Celina Mikolajczak, chief battery technology officer van startup Lyten, op de Bloomberg New Energy Finance Summit in San Francisco in januari. Lyten ontwikkelt een lithium-zwavelbatterij.
De huidige lithium-ionbatterijen worden gehinderd door de beperkte levering van nikkel. Kobalt, een ander belangrijk ingrediënt in de huidige lithium-ionbatterijen, is dat wel grotendeels gedolven in de Democratische Republiek Congo, waar de kobaltmijnen worden geplaagd mensenrechtenkwesties. Het idee is dat de overvloed aan zwavel en de lage kosten een lithium-zwavelbatterij veel goedkoper zouden kunnen maken, en minder afhankelijk van problematische regio's, dan de huidige lithium-ionbatterij. welke kosten ongeveer $ 150 per kilowattuur.
Tegelijkertijd zou het gebruik van zwavel in een batterij een theoretische superhoge energiedichtheid kunnen opleveren, of de hoeveelheid energie die de batterij op één lading kan vasthouden. De EV's van vandaag kunnen ongeveer 300 mijl rijden per lading, maar een lithium-zwavelbatterij zou die actieradius mogelijk kunnen verdubbelen - of een EV kunnen creëren die de helft weegt van het door lithium-ion aangedreven equivalent.
Dit zijn tenminste de grote verwachtingen. Lithium-zwavelbatterijen zijn nog steeds beperkt tot de onderzoekslaboratoria.
Maar terwijl er door de Inflation Reduction Act geld naar een opkomende Amerikaanse batterijsector stroomt, haasten bedrijven en wetenschappers zich om de code te kraken om een baanbrekende batterij te ontwikkelen die de volgende in de rij zou kunnen zijn na lithium-ion. Het gaat om technologie die zowel EV's kan versnellen als schone energie kan opslaan.
Een lastige batterij
De grote vraag is of een bedrijf een lithium-zwavelbatterij kan ontwikkelen en produceren die werkt zoals geadverteerd wanneer deze in grote hoeveelheden wordt gemaakt. Terwijl startups, onderzoekers en grote batterijbedrijven aan de chemie werken, worden er geen lithium-zwavelbatterijen commercieel op schaal geproduceerd.
“Zwavel is weerbarstig. Lithium is weerbarstig. Als je deze twee elementen samenvoegt, krijg je een chemie die heel moeilijk is om mee te werken”, zei Mikolajczak op de BNEF-top. "Er is een reden waarom deze chemie lange tijd niet is benut."
Een probleem is dat zwavel, gebruikt als de kathode van de lithium-zwavelbatterij, een faseverandering doormaakt terwijl het wordt opgeladen en ontladen. Het gaat van een vaste stof naar een vloeistof en weer terug naar een vaste stof. Dat maakt het echt "kieskeurig", zei Mikolajczak. “Het is pijnlijk om mee te werken. Het laat je hoofd ontploffen.”
Bij vroege pogingen met lithium-zwavelbatterijen loste de zwavelverbinding op in de elektrolyt, het medium (meestal vloeistof) waardoor de ionen worden opgeladen en ontladen.
Veel pogingen om lithium-zwavelbatterijen te ontwikkelen zijn geëindigd met slecht functionerende batterijen die dendrieten ontwikkelen, kleine metalen structuren die zich kunnen vormen tijdens het laadproces. Dendrieten veroorzaken kortsluiting en batterijstoringen, en lithium-zwavelbatterijen hebben moeite om hoge oplaadcycli te behouden.
Het gaat om technologie die zowel EV's kan versnellen als schone energie kan opslaan.
Mikolajczak's bedrijf Lyten - een 8-jarige startup gevestigd in San Jose, Californië - kan een verfrommelde vorm van grafeen maken waarvan het zegt dat het geweldig is om de zwavel in de batterij bij elkaar te houden en tegelijkertijd als geleider te fungeren. Het bedrijf zegt dat het veelbelovende resultaten heeft gezien in zijn proeven, en Mikolajczak vertelde GreenBiz in een interview dat ze verwacht dat Lyten in staat zal zijn om "een respectabele batterijcel" te ontwikkelen in ongeveer een jaar. Het zal niet in grote hoeveelheden zijn, maar vroege klanten zullen het kunnen gebruiken, zei ze. Lyten is van plan de batterijen te verkopen aan autofabrikanten en fabrikanten van drones en vliegende voertuigen.
Onderzoekers van het Argonne National Laboratory hebben onlangs ook enige vooruitgang geboekt met de lithium-zwavelbatterij. Argonne-wetenschappers creëerden een poreuze zwavelhoudende laag in de batterij die de materialen kan helpen beschermen tegen de dendrietvernietiging.
In het laboratorium kon de lithium-zwavelbatterij van Argonne 700 keer opladen en ontladen, wat concurrerend is met de huidige lithium-ionbatterijen. Het wetenschappersteam van Argonne was in staat om het succes van de laag in de lithium-zwavelcel te zien door een ultramoderne röntgendiffractiemachine te gebruiken in een van de laboratoria van Argonne. Het is een geavanceerde tool van een miljard dollar.
Argonne-wetenschapper Guiliang Xu - een van de auteurs van een recent artikel - vertelde GreenBiz dat Argonne van plan is samen te werken met de particuliere sector om de technologie te commercialiseren en een prototype batterij te bouwen.
De VS is natuurlijk niet de enige plek waar onderzoekers de lithium-zwavelcode proberen te ontrafelen. De Europese Unie financierde de LISA-project, die zojuist werd afgesloten, en keek naar de ontwikkeling van innovaties rond het ontwerp van lithium-zwavelbatterijcellen.
De Koreaanse gigant LG, via zijn energietak LG Energy Solution, heeft gezegd het is van plan om in 2025 te proberen een lithium-zwavelbatterij op de markt te brengen. Een Duitse startup belde Theion zegt op zijn website dat het ook probeert binnenkort een lithium-zwavelbatterij op de markt te brengen.
De financiering stroomt
Met nieuwe fondsen beschikbaar van de onlangs aangenomen IRA, zouden Amerikaanse bedrijven klaar kunnen zijn om te profiteren van overheidssteun en de groeiende EV-markt.
Mikolajczak van Lyten noemde de IRA "enorm" voor de ontwikkeling van nieuwe batterijen. “Het maken van batterijen is enorm kapitaalintensief. [De IRA-subsidies] geven iedereen veel meer kans om te vechten”, zei Mikolajczak tegen GreenBiz.
Tegelijkertijd worden autofabrikanten agressiever als het gaat om investeringen in accutechnologie en de toeleveringsketen van accu's. Bedrijven als GM, Daimler en Ford werken samen met veelbelovende start-ups van batterijen en leveranciers van batterijmineralen. Andere pure play EV-bedrijven zoals Tesla en BYD hebben lang zwaar geïnvesteerd in hun batterijtechnologie.
Klimaattech-startups lijken relatief meer immuun te zijn voor angst voor een recessie en ontslagen dan hun IT-startup-tegenhangers. Particuliere investeerders blijven startups op het gebied van klimaattechnologie financieren, waaronder batterijfabrikanten zoals Lyten, die dat wel heeft gedaan meer dan $ 200 miljoen aan financiering opgehaald daten.
Ondanks de recente innovaties en financiering hebben lithium-zwavelbatterijen nog een lange weg te gaan. De huidige lithium-ionbatterij die de huidige EV-revolutie aandrijft, heeft geprofiteerd van 30 jaar vooruitgang. Verwacht vele jaren - zo niet decennia - voordat een lithium-zwavel-batterijpakket in een auto wordt gebruikt als een reguliere auto van Tesla of GM.
De eerste lithium-zwavelbatterijen zullen waarschijnlijk terechtkomen in voertuigen en apparaten die superlicht moeten zijn. Omdat de lithium-zwavelbatterij een dubbele energiedichtheid heeft, zou hij een voertuig kunnen aandrijven met de helft van het gewicht.
Dat lichte gewicht zou kunnen helpen bij het bepalen van de eerste klanten. Wanneer lithium-zwavelbatterijen eindelijk uit het laboratorium komen, mogen we niet verwachten dat de eersten auto's op de weg zullen aandrijven. In plaats daarvan zullen het waarschijnlijk drones en kleine vliegende voertuigen in de lucht zijn.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://www.greenbiz.com/article/promise-lithium-sulfur-battery
