211service.com
To fremskridt peger mod et billigere elbilbatteri
For at vejene begynder at blive fyldt op med elbiler, skal batterierne blive meget billigere - så meget som 80 procent billigere ifølge nogle skøn (se Hvordan forbedrede batterier vil gøre elektriske køretøjer konkurrencedygtige). To nylige fremskridt, der gør en eksperimentel batteritype meget mere praktisk, kunne føre til sådanne omkostningsbesparelser.
Bedre batteri: Dette scanningselektronmikroskopbillede viser lithiumsulfidpartikler brugt af forskere ved Stanford University til at lave et forbedret lithiumsulfidbatteri.
Forskere har i årevis arbejdet på en type batteri, der bruger lithiummetal i den ene elektrode og svovl i den anden. I teorien kunne denne slags batteri lagre tre til fem gange så meget energi som et konventionelt lithium-ion-batteri (se Gensyn med lithium-svovlbatterier). Men lithiummetal er meget reaktivt, når det udsættes for vand og kan danne rodlignende strukturer inde i batterier over tid; disse strukturer kan forbinde positive og negative elektroder, hvilket forårsager kortslutninger og endda brande. Så mange forskere er begyndt at rette deres opmærksomhed mod et lignende batteri, der ikke kræver lithiummetal.
I den nye type batteri er svovlelektroden udskiftet med et lithiumsulfidmateriale - en forbindelse, der indeholder både lithium og svovl. Dette bliver kilden til lithium, så lithiummetallet er ikke længere nødvendigt og kan erstattes med grafit - et materiale, der bruges i lithium-ion-batterier i dag - eller med et materiale som silicium.
Problemet er, at lithiumsulfid er elektrisk isolerende, hvilket bremser opladningen og reducerer mængden af energi, batteriet kan levere. Men to nyere artikler, den ene fra Stanford og den anden fra Lawrence Berkeley National Laboratory, tilbyder måder at gøre lithium-sulfid-batterier mere praktiske.
Disse forskningsartikler demonstrerer billige metoder til fremstilling af lithium-sulfid-batterier med høj energilagringskapacitet. Arbejdet kan føre til kommercielle batterier, der lagrer mere end tre gange så meget energi som de lithium-ion-batterier, der i øjeblikket bruges i elektriske køretøjer, siger Yuegang Zhang , en stabsforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory.
Tidligere på året viste Yi Cui, en materialevidenskabsprofessor ved Stanford, en måde at overvinde de iboende begrænsninger af lithium-sulfid-batterier ved at oplade batteriet ved en højere spænding end normalt til dets første opladning. Dette ændrer elektrodens kemi, og kommer uden om ledningsevneproblemet.
Allerede dengang skulle lithiumsulfidet blandes med kulstof for at forbedre dets ledningsevne, og kulstoffet mindsker mængden af energi, som elektroden kan lagre: I eksperimenter var det nok til at reducere batteriets kapacitet til niveauer tæt på konventionelle lithium-ion-batterier .
Zhang demonstrerede en ny måde at blande kulstoffet med lithiumsulfidet, som i høj grad reducerer mængden af kulstof, der er nødvendig i katoden. Procentdelen af elektroden, der består af lithiumsulfid, stiger fra mindre end 50 procent til 67,5 procent. Denne forbedring, til dels fordi den er forstærket af forbedringer, den tillader i andre dele af batteriet, kunne næsten fordoble den samlede batterilagerkapacitet, fra 350 til 610 watt-timer pr. kilogram, vurderer Zhang. (Lithium-ion-batterier i elektriske køretøjer lagrer nu typisk mindre end 200 watt-timer pr. kilogram.)
Der er stadig hindringer for at kommercialisere teknologien, herunder behovet for at forbedre antallet af gange, batterierne kan genoplades, og hastigheden, hvormed de kan oplades. Tallene for energilagring bør også tages med et gran salt - de er estimater afledt af eksperimenter i laboratorieskala, ikke målinger af store batterier i kommerciel skala.
Og lithium-svovl-batterier, der bruger lithiummetal, kan stadig vise sig at være den foretrukne teknologi. Forskere og virksomheder som Sion Power og Polyplus gør fremskridt med at forbedre antallet af gange, de kan genoplades, og bruger keramik eller andre materialer til at løse sikkerhedsproblemer (se Beyond Lithium Ion: ARPA-E placerer væddemål på Novel Energy Storage ) .