3 công nghệ pin hứa hẹn sẽ cung cấp năng lượng cho tương lai

Công nghệ pin được mong đợi sẽ có nhiều cải tiến về chất lượng cũng như sự tiện dụng.Thế giới cần nhiều năng lượng hơn, tốt nhất là ở dạng sạch và có thể tái tạo. 

Các công ty sản xuất pin không ngừng thử nghiệm để tìm ra các loại hóa chất rẻ hơn, đặc hơn, nhẹ hơn và mạnh hơn. Chúng tôi đã nói chuyện với Patrick Bernard – Giám đốc Nghiên cứu Saft, người đã giải thích về ba công nghệ pin mới với tiềm năng biến đổi.

1. Công nghệ Pin Lithium-ion thế hệ mới 

Trong pin lithium-ion (li-ion), việc lưu trữ và giải phóng năng lượng được cung cấp bởi sự di chuyển của các ion lithium từ điện cực dương sang điện cực âm qua lại qua chất điện phân. Trong công nghệ này, điện cực dương đóng vai trò là nguồn lithium ban đầu và điện cực âm đóng vai trò là vật chủ cho lithium. 

Với các vật liệu thực tế và thiết kế tế bào, công nghệ li-ion dự kiến ​​sẽ đạt đến giới hạn năng lượng trong những năm tới. Tuy nhiên, những khám phá rất gần đây về các nhóm vật liệu hoạt động gây rối loạn mới sẽ mở ra những giới hạn hiện tại. 

Những hợp chất sáng tạo này có thể lưu trữ nhiều lithium hơn trong các điện cực âm và dương và sẽ cho phép lần đầu tiên kết hợp năng lượng và điện năng. Ngoài ra, với các hợp chất mới này, sự khan hiếm và nguy cấp của nguyên liệu thô cũng được tính đến.

Ưu điểm của pin Lithium-ion thế hệ mới là gì?

Ngày nay, trong số tất cả các công nghệ lưu trữ hiện đại, công nghệ pin li-ion cho phép mật độ năng lượng ở mức cao nhất. 

Các hiệu suất như sạc nhanh hoặc cửa sổ hoạt động ở nhiệt độ (-50 ° C đến 125 ° C) có thể được tinh chỉnh bằng sự lựa chọn lớn về thiết kế tế bào và hóa chất. 

Hơn nữa, pin li-ion còn có thêm những ưu điểm như khả năng tự phóng điện rất thấp, tuổi thọ rất cao và hiệu suất chu kỳ hoạt động, thường là hàng nghìn chu kỳ sạc / xả.

Khi nào công nghệ này được triển khai?

Thế hệ pin li-ion tiên tiến mới dự kiến ​​sẽ được triển khai trước thế hệ pin trạng thái rắn đầu tiên. Chúng sẽ lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng như Hệ thống lưu trữ năng lượng cho năng lượng tái tạo và giao thông vận tải (hàng hải, đường sắt, hàng không và di chuyển trên đường bộ) nơi năng lượng cao, công suất cao và an toàn là bắt buộc.

2. Pin Lithium-Sulfur (lưu huỳnh)

Trong pin li-ion, các ion lithium được lưu trữ trong các vật liệu hoạt động đóng vai trò là cấu trúc máy chủ ổn định trong quá trình sạc và xả. 

Trong pin lithium-lưu huỳnh (Li-S), không có cấu trúc vật chủ. Trong khi phóng điện, cực dương liti được tiêu thụ và lưu huỳnh chuyển hóa thành nhiều hợp chất hóa học khác nhau; trong quá trình sạc, quá trình ngược lại diễn ra.

Ưu điểm của nó là gì?

Pin Li-S sử dụng các vật liệu hoạt động rất nhẹ: lưu huỳnh ở điện cực dương và liti kim loại làm điện cực âm. Đây là lý do tại sao mật độ năng lượng lý thuyết của nó cao phi thường: lớn hơn gấp bốn lần so với mật độ năng lượng của lithium-ion. Điều đó làm cho nó phù hợp với các ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ.

Saft đã lựa chọn và ưu tiên công nghệ Li-S hứa hẹn nhất dựa trên chất điện phân trạng thái rắn. Con đường kỹ thuật này mang lại mật độ năng lượng rất cao, tuổi thọ cao và khắc phục được những nhược điểm chính của Li-S gốc chất lỏng (tuổi thọ hạn chế, khả năng tự phóng điện cao,…).

Hơn nữa, công nghệ này bổ sung cho lithium-ion trạng thái rắn nhờ mật độ năng lượng trọng trường vượt trội (+ 30% tính theo Wh / kg).

Khi nào có thể sử dụng công nghệ này?

Các rào cản công nghệ lớn đã được vượt qua và mức độ trưởng thành đang tiến triển rất nhanh để hướng tới các nguyên mẫu quy mô đầy đủ.

Đối với các ứng dụng yêu cầu thời lượng pin dài, công nghệ này dự kiến ​​sẽ tiếp cận thị trường chỉ sau lithium-ion trạng thái rắn.

3. Pin thể rắn

Pin thể rắn đại diện cho một sự thay đổi mô hình về mặt công nghệ. 

• Trong pin li-ion hiện đại, các ion di chuyển từ điện cực này sang điện cực khác trên chất điện phân lỏng (còn gọi là độ dẫn ion). 
• Trong pin trạng thái hoàn toàn rắn, chất điện phân lỏng được thay thế bằng một hợp chất rắn, tuy nhiên, cho phép các ion lithium di chuyển bên trong nó. 

Khái niệm này không còn mới, nhưng trong hơn 10 năm qua – nhờ nghiên cứu chuyên sâu trên toàn thế giới – đã phát hiện ra các dòng chất điện phân rắn mới với độ dẫn ion rất cao, tương tự như chất điện phân lỏng, cho phép vượt qua rào cản công nghệ đặc biệt này.

Ngày nay, các nỗ lực Nghiên cứu & Phát triển của Saft tập trung vào 2 loại vật liệu chính: polyme và hợp chất vô cơ, nhằm mục đích tổng hợp các đặc tính lý hóa như khả năng xử lý, độ ổn định, độ dẫn điện…

Ưu điểm của nó là gì?

Ưu điểm lớn đầu tiên là sự cải thiện đáng kể về độ an toàn ở cấp độ tế bào và pin: chất điện phân rắn không bắt lửa khi đun nóng, không giống như các chất điện phân lỏng của chúng. 

Thứ hai, nó cho phép sử dụng các vật liệu sáng tạo, công suất cao điện áp cao, cho phép các loại pin đặc hơn, nhẹ hơn với thời hạn sử dụng tốt hơn do giảm quá trình tự phóng điện. 

Hơn nữa, ở cấp độ hệ thống, nó sẽ mang lại những lợi thế bổ sung như đơn giản hóa cơ học cũng như quản lý nhiệt và an toàn.

Vì pin có thể có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao nên chúng có thể lý tưởng để sử dụng cho xe điện.

Khi nào sản phẩm này có mặt trên thị trường?

Một số loại pin thể rắn có khả năng được tung ra thị trường khi tiến bộ công nghệ tiếp tục. Đầu tiên sẽ là pin trạng thái rắn với cực dương làm từ than chì, mang lại hiệu suất năng lượng và độ an toàn được cải thiện. 

Theo thời gian, các công nghệ pin trạng thái rắn nhẹ hơn sử dụng cực dương lithium kim loại sẽ được bán trên thị trường.

Nguồn dịch: Saftbatteries