211service.com
IBM investerer i batteriforskning
IBM Research begynder et ambitiøst projekt, som man håber vil føre til kommercialisering af batterier, der lagrer 10 gange så meget energi som i dag inden for de næste fem år. Virksomheden vil samarbejde med amerikanske nationale laboratorier for at udvikle en lovende, men kontroversiel teknologi, der bruger energitæt, men meget brændbart lithiummetal til at reagere med ilt i luften. Udbyttet, siger virksomheden, vil være et let, kraftfuldt og genopladeligt batteri til det elektriske net og elektrificeringen af transport.
Vandtæt kraft: Dette beskyttende kabinet omslutter en fungerende lithium-metal batterielektrode, der udelukker vand, men lader lithiumioner passere. Det er en del af et prototype batteri lavet af PolyPlus Battery i Berkeley, CA.
Lithium-metal-luft-batterier kan lagre en enorm mængde energi - i teorien mere end 5.000 watt-timer pr. kilogram. Det er mere end ti gange så meget som nutidens højtydende lithium-ion-batterier og mere end en anden klasse af energilagringsenheder: brændselsceller. I stedet for at indeholde en anden reaktant inde i cellen, reagerer disse batterier med ilt i luften, der trækkes ind efter behov, hvilket gør dem lette og kompakte.
IBM forfølger den risikable teknologi i stedet for lithium-ion-batterier, fordi den har potentialet til at nå høje nok energitætheder til at ændre transportsystemet, siger IBM. Chandrasekhar Narayan , leder af videnskab og teknologi ved IBMs Almaden Research Center i San Jose, CA. Med al forudsigelig udvikling vil lithium-ion-batterier kun blive omkring to gange bedre, end de er i dag, siger han. For virkelig at få indflydelse på transport og på nettet, har du brug for højere energitæthed end som så. Et af projektets mål, siger Narayan, er et letvægtsbatteri på 500 mil til en familiebil. Det Chevy Volt kan gå 40 miles, før du bruger benzintanken, og Tesla Motors' Model S Line kan rejse op til 300 miles uden genopladning.
En af de største udfordringer ved at lave lithium-metal-luft-batterier er, at luft ikke kun er ilt, siger Jeff Dahn , professor i materialevidenskab ved Dalhousie University i Nova Scotia. Hvor der er luft, er der fugt, og fugt er lithiums død, siger Dahn. Når lithiummetal møder vand, opstår der en eksplosiv reaktion. Disse batterier vil kræve beskyttende membraner, der udelukker vand, men lukker ilt ind og er stabile over tid.
IBM har i øjeblikket ikke batteriforskningsprogrammer på plads. Narayan siger dog, at IBM har den nødvendige ekspertise til at tackle de videnskabelige problemer. Ud over Oak Ridge vil IBM samarbejde med Lawrence Berkeley, Lawrence Livermore, Argonne og Pacific Northwest nationale laboratorier. Virksomheden og dets samarbejdspartnere arbejder i øjeblikket på et forslag til finansiering fra det amerikanske energiministerium under Advanced Research Projects Agency-Energy.
Forskningen i lithium-metal-batterier gik i stå for omkring 20 år siden. I 1989 tilbagekaldte det canadiske firma Moli Energy sine genopladelige lithium-metal-batterier, som ikke brugte luft, men en mere traditionel katode, efter at en brød i brand; hændelsen førte til sagsanlæg, og selskabet erklærede sig konkurs. Kort efter bragte Sony de første genopladelige lithium-ion-batterier på markedet, som var mere sikre, og forskningen i lithium-metalelektroder gik næsten i stå. (Efter omstrukturering fokuserede Moli Energy sin forskningsindsats og sælger nu lithium-ion-batterier under navnet Molicel .) Kun en håndfuld laboratorier rundt om i verden, inklusive dem på PolyPlus batteri , i Berkeley, CA, Japan AIST , og St. Andrews Universitet , i Skotland, arbejder i øjeblikket på lithium-luft-batterier.
Sikkerhedsproblemer med lithiummetalbatterier kan opstå, når de genoplades. Når man oplader og aflader, skal man galvanisere og strippe metallet igen og igen, siger Dahn, der ikke er bidragyder til IBM-projektet. Over tid, ligesom i et lithium-ion-batteri, bliver lithium-metaloverfladen ru, hvilket kan føre til termisk løb, når batteriet bogstaveligt talt brænder, indtil alle reaktanter indeni er brugt op. Men Narayan siger, at lithium-luft-batterier i sagens natur er sikrere end tidligere udviklede lithium-metal-batterier såvel som nutidens lithium-ion-batterier, fordi kun en af reaktanterne er indeholdt i cellen. En lithium-luftcelle har brug for luft udefra, siger Narayan. Du vil aldrig få en løbsk reaktion, fordi luften er begrænset.
PolyPlus Battery har arbejdet på lithium-metal-luft-teknologi i omkring seks år og har nogle dramatiske beviser på teknologiens levedygtighed: flyder blandt klovnefisk i en akvarietank i virksomhedens hovedkvarter, trækker et lithium-metalbatteri ilt fra saltvandet til tænd en grøn LED. Virksomheden har også udviklet en prototype batteri, der trækker ilt fra den omgivende luft. Men Steven Visco, grundlægger og vicepræsident for forskning i virksomheden, siger, at lithiummetal-luftbatterier stadig er en ung teknologi, der ikke er klar til at blive kommercialiseret.
IBMs Narayan peger på to tilbageværende store problemer med lithiummetal-luft-teknologi. For det første skal katodens design optimeres, så lithiumoxidet, der dannes, når ilt trækkes ind i batteriet, ikke blokerer iltindtagskanalerne. For det andet er der behov for bedre katalysatorer for at drive den omvendte reaktion, der genoplader batteriet.
Narayan siger, at det ikke vil være klart, hvor mange penge og hvor lang tid projektet vil tage, før omkring halvandet år fra nu, efter at forskningen er begyndt. Han vurderer, at virksomheden vil afsætte omkring fem år til projektet. IBM vil sandsynligvis ikke fremstille batterierne, men vil licensere teknologien til producenterne.