Điện tử, điện lạnh: Ba công nghệ ắc quy có thể cung cấp năng lượng cho tương

Hãy bắt đầu với các cong nghệ ắc quy cơ bản. Ắc quy là một hoặc một nhóm các cells, mỗi cái có một điện cực dương (cathode) và một điện cực âm (anode), một dải phân cách và chất điện phân. Việc sử dụng các chất hóa học và chất liệu khác nhau sẽ ảnh hưởng đến thuộc tính của ắc quy- có bao nhiêu năng lượng có thể lưu trữ cà thải ra, bao nhiêu năng lượng có thể cung cấp hoặc số lần nó được sạc và xả (cũng được gọi là công suất chu kỳ).
Công ty ắc quy liên tục thử nghiệm để tìm ra những chất mới rẻ hơn, đậm đặc hơn, nhẹ hơn và nhiều năng lượng hơn. Chúng ta nói đến Patrick Bernard- giám đốc nghiên cứu của Saft, người đã giải thích về 3 năng công nghệ năng lượng mới với các tiềm năng chuyển đổi.

Ắc quy thế hệ mới Lithium-Ion

Định nghĩa

Trong ắc quy Lithium-Ion, năng lượng dự trữ và thải ra thì được cung cấp bởi sự dịch chuyển qua lại của các lithium ions từ cực dương sang cực âm và ngược lại qua các 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. Một số hóa chất được tập hợp dưới tên gọi pin li-ion, là kết quả của hàng thập kỷ lựa chọn và tối ưu hóa gần như hoàn hảo các vật liệu hoạt động tích cực và tiêu cực. Than chì, cũng như than chì/silicon hoặc oxit titan được tráng men được sử dụng làm vật liệu âm bản.
Với các vật liệu và thiết kế tế bào thực tế, công nghệ li-ion được mong đợi sẽ đạt đến giới hạn năng lượng trong những năm tới. Tuy nhiên, những khám phá gần đây nhất về các họ vật liệu hoạt động đột phá mới sẽ mở ra những giới hạn hiện tại. Những hợp chất cải tiến này có thể lưu trữ nhiều lithium hơn trong các điện cực dương và âm 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 cấp bách của nguyên liệu thô cũng được tính đến.

Ưu điểm của loại ắc quy thế hệ mới Lithium-Ion?

Ngày nay, trong số tất cả các công nghệ lưu trữ tiên tiến nhất, công nghệ ắc quy li-ion có công suất năng lượng ở cấp cao nhất. Thể hiện ở cửa sổ vận hành nhiệt độ hoặc sạc nhanh (-50°C đến 125°C) có thể được tinh chỉnh bằng nhiều lựa chọn về thiết kế cell và hóa chất. Ngoài ra, ắc quy li-ion còn có các ưu điểm khác như khả năng tự phóng điện rất thấp, tuổi thọ rất dài và hiệu suất chu kỳ, thường là hàng nghìn chu kỳ sạc/xả.

Ắc quy Lithium-Ion dự kiến khi nào sẽ được ra mắt?

Ưu điểm của ắc quy li-ion thế hệ mới thì được trông đợi sẽ được triển khai trước thế hệ đầu tiên của ắc quy trạng thái rắn. Chúng sẽ rất 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 bắt buộc phải có năng lượng cao, công suất cao và an toàn.

Ắc quy Lithium- Sulfur

Ắc quy Lithium- Sulfur là gì?

Trong ắc quy li-ion, lithium-ions được lưu trữ trong các vật liệu hoạt động đóng vai trò là cấu trúc vật chủ ổn định trong quá trình nạp và xả. Trong ắc quy lithium-lưu huỳnh (Li-S), không có cấu trúc chủ. Trong khi xả điện, cực dương lithium được tiêu thụ và lưu huỳnh biến đổi thành nhiều loại hợp chất hóa học; trong quá trình sạc, quá trình ngược lại diễn ra.

Ưu điểm của Lithium- Sulfur

Ắc quy Li-S sử dụng nguyên liệu hoạt động nhẹ: lưu huỳnh ở điện cực dương và lithium kim loại ở điện cực âm. Đây là lý do tại sao mật độ năng lượng lý thuyết của nó cực kỳ cao: lớn hơn bốn lần so với lithium-ion. Điều đó làm cho nó phù hợp tốt cho ngành 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 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 lượng vượt trội của nó (+30% cổ phần tính theo Wh/kg).

Công nghệ  Ắc quy Lithium-Sulfur dự kiến khi nào sẽ được ra mắt?

Các công nghệ chính đã được vượt qua và mức độ trưởng thành đang tiến triển rất nhanh đối với các nguyên mẫu quy mô đầy đủ.

Đối với các ứng dụng yêu cầu thời lượng pin dài, công nghệ này được kỳ vọng sẽ đạt được nhu cầu của thị trường chỉ sau lithium-ion thể rắn.

Ắc quy thể rắn

Định nghĩa ắc quy thể rắn?

Ắc quy thể rắn đại diện cho một sự thay đổi mô hình về mặt công nghệ. Trong ắc quy li-ion hiện đại, các ion di chuyển từ điện cực này sang điện cực khác qua chất điện phân lỏng (còn gọi là độ dẫn ion). Trong ắc quy hoàn toàn ở trạng thái rắn, chất điện phân lỏng được thay thế bằng một hợp chất rắn, tuy nhiên vẫn cho phép các ion lithium di chuyển bên trong nó. Khái niệm này không còn mới, nhưng trong 10 năm qua – nhờ nghiên cứu chuyên sâu trên toàn thế giới – các dòng chất điện phân rắn mới đã được phát hiện với độ dẫn ion rất cao, tương tự như chất điện phân lỏng, cho phép vượt qua rào cản công nghệ đặc biệt này.
Đến nay, phòng Nghiên cứu và Phát triển của Saft đang nỗ lực tập trung vào 2 loại nguyên liệu chính: polyme và các hợp chất vô cơ, hướng tới sự cộng hưởng của các đặc tính hóa lý như khả năng xử lý, độ ổn định, độ dẫn điện…

Ưu điểm của ắc quy thể rắn

Ưu điểm lớn đầu tiên là sự cải thiện rõ rệt về mức độ an toàn ở cấp độ cell và ắc quy: chất điện phân rắn không bắt lửa khi đun nóng, không giống như chất lỏng của chúng. Thứ hai, nó cho phép sử dụng các vật liệu công suất cao, điện áp cao, cải tiến, cho phép ắc quy đặc hơn, nhẹ hơn với thời hạn sử dụng tốt hơn nhờ giảm khả năng 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 ắc quy có thể thể hiện tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao nên chúng rất lý tưởng để sử dụng cho xe điện.

Ắc quy thể rắn dự kiến khi nào sẽ được ra mắt?

Một số loại ắc quy trạng thái rắn hoàn toàn có thể sẽ được tung ra thị trường khi tiến bộ công nghệ tiếp tục. Đầu tiên sẽ là pin trạng thái rắn với cực dương dựa trên than chì, giúp cải thiện hiệu suất năng lượng và độ an toàn. Trong thời gian tới, các công nghệ ắc quy thể rắn nhẹ hơn nhờ việc sử dụng cực dương lithium kim loại sẽ có mặt trên thị trường.