Серные батареи: высокая плотность энергии и дешевое сырье

В последние месяцы мы публиковали на Tweakers цикл статей о новинках в мире аккумуляторов. Обычный человек часто думает, что для всех аккумуляторов требуется одно и то же сырье и что в электромобиле они служат так же долго, как и в смартфоне. Вот почему во время выпивки и вечеринок по случаю дня рождения часто делаются общие утверждения, например, что не хватает сырья, что батареи слишком загрязнены, что сырье добывается из земли детьми-рабами и что их хватает всего на несколько лет. . . Однако существует так много различных комбинаций, что такие утверждения ошибочны только по этой причине.

Эти переменные действительно начинаются с требований. Должна ли батарея иметь максимально возможную плотность энергии, высокую емкость заряда, длительный срок службы или низкую стоимость? Желательно конечно все одновременно, но это практически невозможно. В предыдущих статьях этой серии мы обсуждали, что литий-железо-фосфат быстро завоевывает долю рынка по сравнению с катодами из никеля и кобальта, что натрий является альтернативой литию и что кремниевый анод имеет лучшие краткосрочные характеристики для достижения более высокой плотности. Все эти переменные имеют меньшее воздействие на окружающую среду. Еще не обсуждаемый в этой серии, но тоже многообещающий аккумулятор с серным катодом.

Экологичнее и дешевле

Серу намного легче и дешевле добывать, чем никель, марганец и кобальт (NMC). Это шестнадцатый по распространенности элемент в земной коре, составляющий от 0,03 до 0,06 процента от ее общего веса. Это может показаться не таким уж большим, но это гораздо больше, чем просто сырье для катодов НМК. Кроме того, существует гораздо меньше этических проблем, связанных с серой, и добыча не ограничивается ограниченным числом регионов; Он доступен практически во всем мире. Добыча серы менее вредна для окружающей среды и людей, участвующих в процессе. Из-за ее широкой доступности добыча серы намного проще и дешевле, как и добыча натрия и кремния.

Чрезвычайно высокая плотность энергии

Самое интересное в сере для аккумуляторов — ее чрезвычайно высокая плотность энергии. Плотность энергии батареи определяется количеством электронов, которые могут накапливаться и высвобождаться во время зарядки и разрядки, а также силой тока, при котором это происходит. В батарее Li-S каждый атом серы может эффективно связывать два иона лития (Li+) и два электрона, что приводит к образованию сульфида лития (Li₂с). Это намного эффективнее обычных литий-ионных аккумуляторов, где, как и у кобальта, каждый атом катода может связывать только один ион лития и один электрон. Таким образом, серная батарея требует меньше сырья для хранения того же количества энергии, что приводит к гораздо более высокой плотности энергии. С такой батареей электромобили могут стать легче и преодолевать большие расстояния.

ведущий теоретический потенциал; Максимальная плотность энергии составляет чуть менее 2600 Втч на килограмм, что почти в десять раз (!) больше, чем у лучших на данный момент батарей NMC. Это в теории, потому что на практике это нельзя использовать в полной мере. Между тем другой тип, натрий-серный (Na-S) аккумулятор, работает очень хорошо. Как и в натриевой батарее, рассмотренной ранее, эта альтернатива вообще не нуждается в литии, но натрий вместе с многообещающим серным катодом обеспечивает накопление энергии. Поскольку и натрий, и серу относительно легко извлечь, это может привести к гораздо более дешевому типу батарей, которые также можно будет производить в любой части мира.

В этой статье мы обсудим оба варианта, а также последние исследования и разработки и, конечно же, проблемы.