CATL: Oddychające ogniwa / Li-air to główny obszar badań w przyszłości. Kilka razy wyższe gęstości energii

Wu Kai, główny naukowiec w CATL, największym producencie ogniw Li-ion na świecie, określił technologię ogniw litowo-powietrznych, które dosłownie oddychają tlenem atmosferycznym, jako „główny obszar przyszłych badań firmy”, wychwycił portal Interested Engineering. To już nie klasyczne ogniwa ze stałym elektrolitem, których gęstości energii są 1,5 do 2 razy wyższe niż współczesnych nam ogniw, to produkty, które w tej samej masie mogą pomieścić nawet czterokrotnie więcej energii.

Li-air. W solidnym wykonaniu CATL: marzenie

Spis treści

Li-air. W solidnym wykonaniu CATL: marzenie

Li-air. Stara technologia z mnóstwem nierozwiązanych problemów

Czterokrotnie wyższa gęstość energii (1,2 kWh/kg) to nie wartość z sufitu, lecz obliczenia naukowców z amerykańskiego Argonne National Lab, którzy od kilku lat testują prototypy ogniw Li-air. Dzisiejsza bateria samochodu elektrycznego o pojemności około 80 kWh, która waży pół tony, przy zastosowaniu ogniw Li-air mogłaby ważyć około 150 kilogramów i mieć tę samą pojemność. Mogła być też przytyć do 250 kilogramów, by dać kierowcy elektryka zasięg jak w konkurencyjnym modelu spalinowym przy dokładnie tej samej masie i lepszym jej rozkładzie (nisko nad ziemią).

Schemat budowy ogniwa Li-air (c) ANL

Gęstość energii benzyny wynosi 12,9 kWh/kg. Teoretyczna maksymalna gęstość energii ogniw Li-air to niemalże gęstość energii czystego litu, czyli około 11,1 kWh/kg, ale w praktyce nie udało się osiągnąć więcej niż około 1/7 tej wartości (~1,7 kWh/kg; źródło). Ograniczeniem jest tutaj sam lit, który przerasta ogniwo wewnątrz wzdłuż ścieżek jonów (dendryty), co prowadzi do zwarcia, gdy jest go zbyt dużo. Wygląda to źle na tle benzyny, trzeba wszak pamiętać, że w elektryku około 80-90 procent zgromadzonej energii dociera do kół, tymczasem w samochodach spalinowych przyjmuje się sprawność na poziomie 25-30 procent (3,2-3,9 kWh/kg).

Li-air. Stara technologia z mnóstwem nierozwiązanych problemów

Największym problemem ogniw Li-air jest ich słaba żywotność. Budujący anodę czysty lit reaguje z elektrolitem, co powoduje powstawanie warstwy tlenku, wodorotlenku i węglanu litu początkowo chroniącą elektrodę przed dalszą korozją, ale z czasem blokującą przepływ jonów. Swobodny dostęp powietrza – patrz nazwa; utlenianie jest warunkiem przepływu elektronów – sprawia, że podobne związki mogą powstawać w każdym miejscu ogniwa, gdzie jest lit. Rozważa się używanie twardych powłok okrywających anodę, które pozwolą na przepływ jonów, ale uniemożliwią reakcję z czynnikami atmosferycznymi i przy okazji zablokują wzrost dendrytów (porównaj: stałe elektrolity).

Bateria CATL Shenxing Pro. W przypadku użycia ogniw Li-air będzie potrzebowała dodatkowych przewodów doprowadzających powietrze, a jeśli ma się szybko ładować, także kompresora

W katodzie z kolei wystarczy niewielka ilość wody, by tlenek litu przeobraził się w wodorotlenek litu wytrawiający jej strukturę. Dlatego dziś, po kilkudziesięciu latach prac nad oddychającymi bateriami, nie wiemy nawet, czy lepszą drogą będą elektrolity oparte na wodzie (z izolowaną anodą), w których swobodnie mieszają się tlenki i wodorotlenki litu, czy może aprotonowe (aprotyczne), które nie rozpuszczają tlenków (więc nie tworzą wodorotlenków), ale przez to powodują zapychanie się katody.

Ocena artykułu

Ocena Czytelników

[Suma: 3 głosów Średnia: 4]

Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy: