Sistèm batri ki pi komen nou yo jodi a se Li-ion ak asid plon. Men, tou de sistèm yo gen defi ak limit ki rele pou yon solisyon pi bon. Endistri batri a chaje ak pwomès kase men pwogrè ap fèt.
Estoke enèji elektrik nan yon fason ekonomik rete youn nan defi nou poko rezoud nan sosyete modèn. Pawòl la di,"Chak amelyorasyon 1 pousan nan pèfòmans batri elaji aplikasyon pou batri pa 10 pousan." Yon gid senp revele:"Pri a nan enèji double lè yo estoke nan yon batri pou re-itilize."
An tèm de lonjevite, pwogrè yo te fèt nan batri ityòm-ion lè l sèvi avèk materyèl katod sèl kristal. Se endistri veyikil elektrik ki ap fè efò pou yon lavi ki pi long epi kenbe yon kapasite ki pi long. Sepandan, toutotan telefòn selilè yo nan mache konsomatè yo itilize kalite Li-ion komen ki chaje ak yo. maksimòm vòltaj akseptab, lonjevite pral kout.
An tèm de enèji espesifik, anod nanowire Silisyòm reyalize wo watt-èdtan pou chak kg (Wh / kg) ki ka de fwa nan selil komèsyal Li-ion, men estrikti ki baze sou nanofil Silisyòm gen lavi sik limite. Zile Microscale Si fòme anba etalaj nanofil yo ak monte bisiklèt ki pwodui estrès ak krak. Se pèt kapasite ki kapab lakòz la ki te koze pa kontak redwi ak pèseptè aktyèl yo.
Batri eksperimantal ap viv sitou nan laboratwa ki pwoteje epi yo kominike ak mond lan deyò ak rapò pwomèt men yon sèl kote, souvan pou atire envestisè yo. Gen kèk desen ki montre rezilta ireyèl ak dat lage antisipe ki deplase ak tan. Pifò konsèp disparèt nan sèn batri a epi yo mouri grasyeuz nan laboratwa a san pèsonn pa tande pale de yo.
Gen kèk lòt pwodwi ki gen menm kondisyon sevè ak batri a, ak konpleksite a peze kapitalis antrepriz ki te fè byen pandan epòk la dot-com ak espere retounen jenere menm jan an nan envestisman yo nan sèlman 3 ane; devlopman batri anjeneral pran 10 ane. Pifò kapitalis antrepriz don't gen pasyans pou tann epi yo rale kòb la tounen, kite pwomotè a nan gwo dlo. Ogmante kapital se tan konsome ak demaraj anpil konsakre tan ak enèji pou travay sa a kòm fè rechèch.
Pifò pil eksperimantal nan fanmi ityòm gen yon bagay an komen; yo sèvi ak yon Anòd ityòm metalik pou reyalize yon enèji espesifik pi wo pase sa ki posib ak katod la oksidasyon nan ityòm-ion, batri a ki se nan itilizasyon komen jodi a.
Moli Enèji te premye pwodwi an mas yon batri rechargeable Li-metal nan ane 1980 yo, men li te poze yon risk sekirite grav kòm kwasans lan nan dendrite ityòm ki te lakòz bout pantalon elektrik ki mennen nan kondisyon tèmik evade. Depatman ponpye lokal la te konnen egzakteman ki kote yo te ale nan yon alam dife nan izin nan Moli; se te depo batri a. Apre yon evènman vantilasyon blese yon itilizatè batri, tout pake ityòm-metal yo te raple an 1989. NEC ak Tadiran te eseye amelyore konsepsyon an ak siksè limite. Trè kèk konpayi fè pil rechargeable ityòm-metal ak pifò ofri vèsyon prensipal yo sèlman. Rechèch ap kontinye ak yon solisyon posib ak nouvo materyèl kòm yon pati nan ityòm nan eta solid ta ka nan men. Konsepsyon sa a dekri pi lwen nan seksyon sa a.
Chèchè yo te devlope tou yon estrikti anod pou batri Li-ion ki baze sou materyèl nanokonpoze Silisyòm-kabòn. Yon anod Silisyòm ta ka teyorikman magazen 10 fwa enèji yon anod grafit, men ekspansyon ak kontraksyon pandan chaj ak egzeyat fè sistèm nan enstab. Ajoute grafit nan anod la te di ke yo reyalize yon kapasite teyorik ki se senk fwa sa yo ki nan Li-ion regilye ak pèfòmans ki estab, sepandan, lavi a sik ta dwe limite akòz pwoblèm estriktirèl lè mete ak ekstrè ityòm-ion nan volim segondè.
Satisfè uit kondisyon debaz batri oktagòn yo se yon defi. Komèsyalizasyon parèt sou yon sib k ap deplase ki toujou gen yon dekad devan, men syantis yo pa abandone. Men kèk nan pil eksperimantal ki pi pwomèt yo.
Lityòm-lè (Li-lè)
Lityòm-lè bay yon nouvo fwontyè enteresan paske batri sa a pwomèt pou estoke plis enèji pase sa posib ak teknoloji ityòm-ion aktyèl yo. Syantis yo prete lide nan zenk-lè ak selil gaz la nan fè batri a"respire" lè. Batri a sèvi ak yon katod lè katalitik ki bay oksijèn, yon elektwolit ak yon anod ityòm.
Enèji espesifik teyorik ityòm-lè a se 13kWh/kg. Aliminyòm-lè tou ap eseye, epi li se yon ti jan pi ba nan 8kWh / kg. Si tout bon enèji sa yo ta ka delivre, metal-lè, kòm batri a li te ye tou, ta dwe egal ak gazolin nan apeprè 13kWh / kg. Men, menm si pwodwi final la te sèlman yon ka nan dansite enèji teyorik la, motè elektrik la ak pi bon pase 90 pousan efikasite li yo ta fè moute pou pi ba kapasite li kont ICE a ak yon efikasite tèmik nan sèlman 25.–30 pousan.
Li-air te pwopoze nan ane 1970 yo epi li te vin renouvle enterè nan fen ane 2000 yo, an pati akòz avansman nan syans materyèl ak efò pou jwenn yon pi bon batri pou tren elektrik la. Tou depan de materyèl yo itilize, ityòm-lè pwodui vòltaj ant 1.7 ak 3.2V / selil. IBM, MIT, University of California ak lòt sant rechèch ap devlope teknoloji a.
Menm jan ak lòt pil lè-respire, pouvwa espesifik la ka ba, espesyalman nan tanperati frèt. Pite lè a tou di se yon defi kòm lè nou respire nan vil nou yo pa pwòp ase pou ityòm-lè epi yo ta bezwen filtre. Pou tout sa nou konnen, batri a ka fini ak compresseurs, ponp ak filtè ki sanble ak yon selil gaz, konsome 30 pousan nan enèji pwodwi li yo pou sipò oksilyè rete vivan.
Yon lòt pwoblèm se sendwòm lanmò toudenkou. Lityòm ak oksijèn fòme fim oksijene ityòm ki pwodui yon baryè, ki anpeche mouvman elèktron ak rezilta nan yon rediksyon brid sou kapasite depo batri a. Syantis yo ap fè eksperyans ak aditif pou anpeche fòmasyon fim nan. Lavi sik la ap bezwen tou amelyore; tès laboratwa kounye a pwodui sèlman 50 sik.
Lityòm-metal (Li-metal)
Lityòm-metal depi lontan yo te wè kòm batri a rechargeable nan lavni paske nan gwo enèji espesifik li yo ak bon kapasite loading. Sepandan, depozisyon ityòm san kontwòl lakòz kwasans dendrit ki pwovoke danje sekirite lè yo antre nan separasyon an epi pwodui yon kout elektrik.
Apre plizyè tantativ echwe pou komèsyalize pil rechargeable ityòm-metal, rechèch ak manifakti limite nan batri sa a ap kontinye. An 2010, yon jijman ityòm-metal ak yon kapasite de 300Wh / kg te enstale nan yon machin elektrik eksperimantal. DBM Energy, manifakti Alman an nan batri sa a, reklamasyon 2,500 sik, tan chaj kout ak pri konpetitif si batri a te pwodwi an mas.
Yon Audi A2 ak pil sa yo te kondwi plis pase 450km (284mi) soti nan Minik nan Bèlen sou yon chaj sèl. Gen yon rimè ke machin nan detwi tèt li nan yon dife pandan y ap sou yon tès laboratwa. Malgre ke pil ityòm-metal yo te pase tès apwobasyon sevè yo, sekirite alontèm rete yon pwoblèm paske filaman metal yo ka fòme ki ka lakòz yon kout elektrik.
Nan 300Wh / kg, ityòm-metal gen youn nan pi wo enèji espesifik nan ityòm ki baze sou pil rechargeable. NCA nan Tesla S 85 a vini nan 250Wh / kg, LMO nan BMW i3 a gen 120Wh / kg ak yon chimi menm jan an nan Nissan Leaf la gen 80Wh / kg. BMW i3 ak batri Leaf yo fèt pou rezistans segondè; Tesla reyalize sa a pa sou-gwosè.
Yon solisyon pou anpeche kwasans dendrite ka iminan. Pou pwodui depo san dendrit sou pil Li-metal, tès yo ap fèt lè yo ajoute nanodyaman kòm yon aditif elektwolit. Sa a travay sou prensip ke ityòm prefere absòbe sou sifas yon dyaman, ki mennen yon depo inifòm ak pèfòmans monte bisiklèt amelyore. Tès yo te montre monte bisiklèt ki estab pou 200 èdtan, men sa a pa ta bay ase garanti pou aplikasyon pou konsomatè yo, tankou telefòn mobil ak laptops. An konjonksyon avèk travay rechèch la, batri Li-metal yo ka bezwen lòt prekosyon ki gen ladan elektwolit ki pa ka pran dife, materyèl elektwòd ki pi an sekirite ak separateur pi fò.
Lityòm nan eta solid
Anpil R&D ap fè ak diferan elektwolit eta solid, tankou elektwolit inòganik ki baze sou oksid ak sulfid, osi byen ke polymère ak elektwolit solid konpoze. Chak kalite elektwolit eta solid gen defi yo rive jwenn matirite teknoloji epi pa gen okenn dominasyon klè sou mache ak teknoloji genyen yo ka obsève ankò.
Li-ion aktyèl la sèvi ak yon anod grafit ak sa a diminye enèji espesifik la. Teknoloji solid-eta ranplase grafit ak ityòm pi bon kalite epi ranplase elektwolit likid la tranpe nan yon separateur pore ak yon polymère solid oswa yon separateur seramik. Sa a sanble ak 1970 ityòm-polymère a ki te sispann akòz sekirite ak rezon pèfòmans.
Batri a solid-eta pataje resanblans ak ityòm-metal ak syantis yo ap eseye simonte pwoblèm nan nan fòmasyon filaman metalik (dendrit) menm ak polymère sèk ak separateur seramik. Lòt defi yo se konduktiviti pòv nan tanperati fre, difikilte pou dyagnostike pwoblèm nan selil la ak konte sik ki ba. Pwototip eta solid yo di sèlman rive nan 100 sik.
Batri solid-eta pwomèt pou estoke de fwa enèji konpare ak Li-ion regilye, men kapasite chaj yo ta ka ba, sa ki fè yo mwens apwopriye pou tren elektrik ak aplikasyon ki mande gwo kouran. Aplikasyon ki vize yo se nivo chaj pou sous enèji renouvlab ak EV yo lè yo fè lajan sou tan chaj kout ke batri sa a pèmèt. Laboratwa rechèch, ki gen ladan Bosch, predi ke batri eta solid la ta ka vin disponib nan komès pa 2020 epi yo dwe aplike nan machin nan 2025.
Gouvènman rekonpanse konpayi ki fè rechèch sou pil eta solid ak gwo sibvansyon. Rapò laboratwa yo gen gwo enèji espesifik ak sekirite siperyè lè yo pa gen okenn elektwolit ki ka pran dife, men ekspè batri yo poko konvenki sou viabilite li pou ranplase Li-ion. Yon espesyalis batri ki renome di:"Li pi lwen pase konpreyansyon mwen ke yon batri ityòm solid-eta ka fèt nan yon fason pri efikas fè konpetisyon ak Li-ion lè l sèvi avèk elektwolit likid an tèm de pri pou chak kWh, lonjevite ak sekirite." Batri solid-eta yo gen tandans gen gwo enpedans entèn, yo gen move pèfòmans tanperati ki ba epi yo sijè a kwasans dendrit.
Lityòm-souf (Li-S)
Gras a pwa atomik ki ba nan ityòm ak pwa modere nan souf, ityòm-souf pil ofri yon enèji espesifik trè wo nan 550Wh / kg, apeprè twa fwa sa yo ki nan Li-ion. Li-S tou gen yon pouvwa espesifik respektab nan 2,500W / kg. Pandan egzeyat, ityòm fonn nan sifas anod la ak ranvèse tèt li lè chaje pa plating tèt li tounen sou anod la. Li-S gen yon vòltaj selil 2.10V, ofri bon karakteristik egzeyat tanperati frèt epi li ka rechaje nan–60degreC (–76degreF). Batri a se zanmitay anviwònman an; souf, engredyan prensipal la, disponib anpil. Yo di li posib pou yon pri 250 dola ameriken pou chak kWh.
Yon Li-ion tipik gen yon anod grafit ki gen tout pouvwa a ityòm-ion anpil tankou yon otèl liv envite. Sou egzeyat, batri a degaje iyon yo nan katod la, repwodui envite yo tcheke deyò nan maten an. Nan Li-S, grafit ranplase pa metal ityòm, yon katalis ki bay devwa doub kòm elektwòd ak founisè nan iyon ityòm. Batri Li-S la debarase m de"pwa mouri" pa ranplase katod oksid metal yo itilize nan yon Li-ion ak souf pi bon mache ak pi lejè. Souf gen avantaj te ajoute nan doub-anrjistreman atòm ityòm, yon bagay Li-ion pa ka fè.
Yon defi ak ityòm-souf se lavi a sik limite nan sèlman 40–50 chaj / egzeyat kòm souf pèdi pandan monte bisiklèt pa navèt lwen katod la ak reyaji ak anod ityòm lan. Laboratwa tès yo kounye a rapòte amelyorasyon lè yo reyalize 200 sik. Lòt pwoblèm yo se konduktiviti pòv, yon degradasyon nan katod la souf ak tan ak estabilite pòv nan tanperati ki pi wo. Depi 2007, enjenyè Stanford yo te fè eksperyans ak nanofil. Yo fè esè ak grafèn tou ak rezilta pwomèt.
Sodyòm-ion (Na-ion)
Sodyòm-ion reprezante yon posib altènatif pi ba pri a Li-ion kòm sodyòm se chè ak fasil disponib. Mete sou kote nan fen ane 1980 yo an favè ityòm, Na-ion gen avantaj ke li ka konplètman egzeyate san yo pa rankontre estrès ki komen ak lòt sistèm batri. Batri a kapab tou anbake san yo pa oblije respekte Règleman machandiz danjere. Gen kèk selil ki gen 3.6V, ak enèji espesifik la se sou 90Wh / kg ak yon pri pou chak kWh ki sanble ak batri asid plon. Plis devlopman yo pral bezwen amelyore konte sik la ak rezoud gwo ekspansyon volumetrik la lè batri a konplètman chaje.
Lityòm-manganèz-fè-fosfat (LMFP)
Lityòm-manganèz-fè-fosfat yo di ogmante kapasite a pa jiska 15 pousan sou sistèm regilye Li-Phosphate LiFePO4 la. Mwayèn vòltaj k ap travay la se 4.0V, enèji espesifik se 135Wh/kg epi yo di yon lavi sik se 5,000. Pri ekonomik ak sekirite yo se lòt benefis, ki fè batri sa a yon kandida pou tren elektrik la.
Sèk batri elektwòd
Maxwell Teknoloji te devlope elektwòd batri sèk la ki ta ka ogmante enèji espesifik Li-ion pa 50 pousan a 300Wh / kg ak potansyèl 500Wh / kg nan ekonomi di pri nan manifakti. Maxwell prete metòd kouch sèk nan manifakti superkondansateur. Done pèfòmans yo poko pibliye. Plis enfòmasyon ta dwe vin disponib kòm Tesla, Inc. te achte Maxwell.