Solidion Technology hefur nýlega gert á sér nokkrar áberandi framfarir á sviði litíum-súlfur rafhlaupa og náð orkneyðni á 380 Wh/kg sem hefur vakið mikla athygli innan bransans. Hvað þýðir þetta fyrir raunverulegar notkunaraðferðir? Hér má nefna rafaleysur og þá flutafæna orkugjöf sem við allir bærum okkur við í dag. Þegar fyrirtæki ná svona hári orkneyðni, þýðir það að við getum byggð rafhlaupa sem haldast í lengri tíma á milli hleðsla. Fyrir eigendur rafabíla þýðir þetta að þeir geta keyrt lengra án þess að stöðva við hleðslustöðvar. Flutafæn tæki myndu einnig halda sér áfram í lengri tíma án hleðslu. Í samanburði við hefðbundnar litíum-jón rafhlaupur sem ná hámarki á um 260 Wh/kg, er það sem Solidion hefur náð til mikillar merkingar. Mismunurinn í tölum gæti hljómað lítilvægur á blaði, en í raunveruleikanum táknar það stóra skref áfram fyrir alla sem leita að því að minnka hleðsluþörf án þess að fá af afköstum.
Þessi tæknileg lausn gerir mikilvæg breytingu þegar um ræðir græna orka og að spara peninga á framleiðnarkostnaði. Lítíum-súlfur rafhlöður notast við súlfur sem aðalhluta, sem er raunverulega ganske algengt og ódýrt ef það er borist við aðrar efni sem eru notuð í rafhlöðum í dag. Þessi umskipti lækka kostnaðinn talsvert án þess að fyrirmyndin tapa miklu af geymslugetu sinni. Enn betra, þá þurfa framleiðendur ekki lengur að greiða mikla peninga fyrir dýra málma eins og kóbalt eða níkel. Áætlaður framleiðnarkostnaður fyrir þessar rafhlöður fellur undir ca. 65 bandaríkjadalara á hverja rafköttur klst, sem gerir raföku bíla að raunverulegum kostum fyrir fjölda neytenda. Skoðum til dæmis venjulega 100 kWh rafhlöðu sem er framleidd með þessari tækni – hún gæti keyrt bíl um allt 500 mílur og kostað einhvern um það bil 6.500 dollara. Slíkt verð setur rafbíla beint í línu við hefðbundna bensínbíla þegar ræðir um það hvaða upphæð fólk borgar fram yfir borð.
Þessi framfarir leysa ýmis mikilvæg vandamál sem hafa plagað litíum-súlfur rafhlaða í áratugi, sérstaklega það sem varðar þátt að þeir eru ekki mjög lengi í tæki á milli hleðsla og eru ekki nánast jafn skilvirkir og hefðbundnir litíum-jón rafhlöður. Rannsakendur bæta áfram á þessum rafhlöðum til að gera þá lengri tíma notanlega og betur virkanðar með því að nota hluti eins og hálf-sterka rafleiðandi og nýjungalegar hálfrörsgertur. Þar sem þessar þróunir haldast áfram er mikilvægt ástæða til að trúa á að litíum-súlfur rafhlöður munu spila mikilvægann hlut í því sem kemur næst í orkugeymslu fyrir ýmsar iðnaðargreinar.
Ein stór vandamál sem litninniðursúrefnisbatteríum stendur á er það sem rannsakendur kalla flugnefnið. Í grundvallaratriðum færa ákveðnar efnafræðilegar sameindir, sem kallast margföld suðurblöndur, sig innan í batteríið og valda því að getan færist hratt með tímanum. Þetta takmarkar alvarlega hversu vel þessi batterí virka og hversu lengi þau eru notuð áður en þau þurfa að skiptast út. En það er góð frétt í koma frá nýjum rannsóknum sem skoða efni eins og nanórauður kolefnis sem mögulegar lausnir á þessu vandamáli. Þegar bætt við hlutum í batteríinu, þá aukast bæði rafleiðni og gerðarstöðugleiki. Þar af leiðandi verður auðveldara að koma í veg fyrir að þessar sömuleiðis margföld suðurblöndur færist svo frjálst. Þetta þýðir betri afköst alls samt og lengri líftíma á litninniðursúrefnisbatteríum en þar áður hefur verið mögulegt.
Nýleg rannsóknir sýna að sameiningu kolnanóra og súfr-kathódur eykur bæði vélþáttur og rafefnafræðilega hegðun í rafhlaðum. Grein úr Advanced Materials bendir á að þessi samsetja efni hjálpi rafhlaða við að halda á hleðslu betur en samt vera stöðug á eftir margar hleðslu- og úthleðsluhringi. Það sem vekur áhuga hjá framleiðurum er hvernig þessar nanóra uppbyggingar virka á grunneiningastigi til að stuðla að betri afköstum hjá súfr-kathódum, sem hefur verið mikilvæg áskorun í þróun litín-súfr rafhlaða í mörg ár.
Betri stjórn á skammtaferðarhringnum þýðir að litíum-súlfur rafhlaðar geta náð raunverulegum hæfileikum sínum, sérstaklega í erfiðum aðstæðum eins og þeim sem koma fram í loftfaratækni þar sem bæði orkneyti og örugg afköst eru mikilvægust. Þegar þetta gerist fáum við orðunarkerfi sem ber sig betur en venjuleg litíum rafhlaðar í mörgum tilvikum. Þessi þróun býður upp á betri geymslulausnir í ýmsum sviðum í dag, frá rafmagnsökutum yfir í endurheimtanarorkukerfi, eitthvað sem framleiðendur hafa leitað að undanfarin ár þar sem reynt hefur verið að fara yfir takmörk venjulegra rafhlaðatækna.
Rannsakendur á Doshisha háskóla hafa nýlega þróað óbrauðanlegt elektrólyt fyrir lifravirki sem táknar mikilvægan áframförum í átt að öruggari orðunageyingu. Nýja samsetningin leysir einn af stærstu vandamálum við núverandi battaratól - hættuna á að brenna af við notkun eða hleðslu. Þetta hefur mikil áhrif á ýmsar iðnaðargreinar þar sem battarar keyra allt frá snjallsímum yfir í mikla raforkugagnanlega geymslu. Öruggari battarar þýða færri slys og minni eignatjón, sem að sjálfsögðu byggir traust notenda þegar þeir kaupa vörur með nýjari battaratól. Prófanir í rannsóknarstofu sýndu líka góðan árangur, þar sem battarar sem voru gerðir með þessum elektrólyt sýndu miklu betri viðnám gegn ofhitun jafnvel þegar þeir voru settir undir hámarkshitastig. Ef þessi framfar tæki víða gæti hún breytt því sem við gerum ráð fyrir af lifravirkjum, að gera þá verulega öruggri án þess að fella áreiðanleika þeirra sem aðal orðulagsglugga.
Stöðugildni hefur gert nokkrar stórar áframförðir þegar kemur að öryggi í bæði rafstöðvunarbatteríum og rafmagnsökum. Litíumbatteríum hefur alltaf verið átt við vandamál varðandi öryggi, sér í lagi hlýrunaróttur þar sem hlutir verða óeðlilega heitir, auk þess að rafleiðandi efni séu brunmikið og geti valdið eldi. Nýleg hönnun á stöðugildni og hálf-stöðugildni er að leita að lausnum á nákvæmlega slíkum vandamálum. Samkvæmt sumum vísindaskýrslum kemur fram að um það bil 40% af öllum galla í gagnstæðri orðunarfyrirheitum komi af slysum tengdum við batterí, sem sýnir hversu mikilvægt er að finna betri lausnir. Nýjasta áframförðirnar þýða að þessi nýja batteríkerfi geti sinnt erfittum aðstæðum án þess að missa af völdum eða tapa árangri. Þegar framleiðendur bæta áfram þessum bætingum, munu rafkerfisstjórar og rafmagnsökumannar sjá mun öruggari búnað yfirborð. Þessi þróun gæti hjálpað til við að stuðla að hreinni orkugrein í fjölmörgum mismunandi iðnaðargreinum.
Kvantalega hleðsla er að verða eitthvað frekar áhugaverð á síðustu stundum og gæti það örugglega skorið niður þá löngu biðtíma sem fylgja hleðslu litíumgeyma. Hugmyndin notar í grunninn kvöntumechanics til að færa orkuna miklu hraðar en hefðbundnar aðferðir. Það sem þeir kalla stjórnaða út af fasahvolfun virkar með því að fá þá smáu deiltir í samræmi svo að orkan færist betur í gegnum þá, sem gerir alla hleðsluferlið hraðari. Sumar nýlegar rannsóknir hafa komið út sem líta gott út einnig. Líkönum er bent á að með þessari aðferð gætu fólk hlaðið tækninni sinni á aðeins nokkrum mínútum í stað þess að taka tíma. Þessi nýja aðferð við orkugeymslu með þessu kvöntutugum merki raunverulegan framfarir fyrir litíumgeymatækni. Það bringar bæði hraðaforbætur og betri heildarlega hagnými til að geyma afl. Þótt mikið vinnuðu eftir að við sjáum þetta í raunverulegum vörum, telja margir rannsáknar menn að þessar hugmyndir munu að lokum yfirgefa vistkerið og finna leið sína inn í daglegtæki og jafnvel rafmagnsbílar einhvern tímann snemma.
Tilganganir á borð við slembilíkön eru að breyta því hvernig hugsað er um endurnotkun á rafhlöðum og uppbyggingu hringrásarekonomíu. Þessi stærðfræðilegi tól vinna með óstöðugum breytistærðum til að spá fyrir um ýmsa þætti sem hafa áhrif á hversu vel efni eru endurnotuð og hvort slíkar aðgerðir eru tekjusamar. Þau hjálpa fyrirtækjum að finna betri leiðir til að endurheimta verðmæt efni meðan þar sem minna fer í rusagnir. Mjög mikilvæg er þessi greining í litíumrafhlöðuvernum í dag. Við erum að tala um eitthvað sem nær örvæntingu – rannsóknir sýna að meira en 95 prósent notaðra litíumrafhlöður kemur aldrei aftur í endurnotkun. Þetta er slæm frétt fyrir umhverfið. En þegar byrjað er að beita þessum líkinda-aðferðum, þá sjást raunverulegar bætingar hvort sem er í umhverfis- eða hagfræðilegum tilliti. Með öllu því nýja sem verður upp á í rafhlöðutækni er alveg á milli fyrir vexti hér. Alvarlegt að beita stokastískum líkönum gæti verið það sem tengir okkar vaxandi þörf á öruggum orðunum við snjallari og grænari leiðum til að stjórna verðmætum efnum.
Lítíum-súlfur rafhlöður eru að breyta því hvernig við geymum endurnýjanlega orkju, vegna þess að þær eru ódýrari en hefðbundnar lausnir. Hverjar eiginleikar þessa rafhlöður skilja þær frá öðrum? Þær innihalda meiri orku á minni plássi, en framleiðslukostnaðurinn er miklu lægri fyrir framleiðendur. Þetta þýðir betri afköst og traustari orkuforsningu í þeim tíma þegar þar er mestur þörf. Sólpanel og vindurhjól framleiða raforku á óreglulegum tíma, svo góð geymsla er mjög mikilvæg til að halda áfram komandi orkufleiðslu. Taktu sem dæmi fyrirtækið Oxis Energy, sem hefur þegar sett þessar nýju rafhlöður í raunveruleg notkun. Prófanir þeirra sýna ágætis niðurstöður í samanburði við eldri rafhlöðutækni. Þótt séu enn betringar á ferðinni, þessa árangur hjálpar til við að gera hreinar orkusýstæmi ódýrari í uppsetningu og viðhald, sem segir til um hvers vegna fleiri og fleiri fyrirtæki eru að taka þær upp, þrátt fyrir upphaflega skeptið um nýja tækni.
Þróun litíum-súlfur tækninnar er að breyta því hvernig hugsað er um flytjanlega rafmagnsveitu, og gefur þeim mikla yfirburði á gömlum rafspennugagnkerum. Nýjasta útgáfurnar eru miklu léttari en eldri útgáfur á meðan þær innihalda meira rafmagn í minni umbúðum. Þær eru einnig betri fyrir umhverfið þar sem þær krefjast ekki jafnmargra sjaldsætra jarðefna í framleiðslunni. Þegar þær eru borin saman við venjulegar litíum-jón rafspennugagnkerur, þá vinna litíum-súlfur útgáfurnar betur án þess að henda sömu umhverfisáhrifum af sér. Taktu Sion Power til dæmis, nýjustu prótótýpur þeirra sýna nákvæmlega hversu langt þessi tækni hefur farið. Þegar fleiri fyrirtæki ná í notkun litíum-súlfur lausnir, er að sjá raunverulega betri þróun í gæðum flytjanlegs rafmagns. Þessar nýjungir eru mikilvægar því fólk vill örugga veitu rafmagns sem ekki kostar jörðina, hvorki bókstaflega né tæmilega, þegar kemur að því að hlaða aftur.
Það að hreyfa sig frá brennisteini í litíum rafhlöður ánóðum táknar mikilvægan breytingu í iðnaðinum, sem er aðallega sköpuð af umhverfis áhyggjum og ómögulegum vanda. Málmaóskur um brennistein veldur alvarlegum skaða á umhverfinu og hefur verið tengdur við notkunarbýðni vinna í langan tíma, sem margar rannsóknir hafa skilað frá ítarlega. Fyrirtæki eru nú að vinnast hörðum höndum við að þróa nýja aðferðir til framleiðslu rafhlöður án þess að líða á þessu umdeildu efni. Árangurinn er einnig guðsælur. Nýleg rannsóknir sýna að framleiðendur sem yfirgefa brennistein geta oft lækkað kostnað um það bil 30%. Þessi kostnadarork hefur komið á réttan tíma þegar fyrirtæki vilja hreinari birgja, svo það gerist ekonomískt ásamt siðferðilega. Vernd á umhverfinu og hagnaðarmörk eyðast ekki alltaf alveg í takt, en í þessu tilviki virðast þau fara saman.
Þær sem við sjáum hér í tækninni bendir á stærra hluti sem eru að gerast í orkumálum almennt. Margar fyrirtæki eru að reyna að laga hvernig þau framleiða hluti, með markmiði um betri skilvirkni en samt þar sem umhverfisáhrif framleiðslu á hnöggin eru minni. Í iðnaðar-réttum kemur fram að minni notkun á kobolti gæti orðið til þess að draga úr kolefnisútblæstri mjög miklu, sem er ekki undarlegt með tanum af hversu strangar umhverfisreglur eru orðnar í heiminum. Þegar fyrirtæki ná í þessar nýju aðferðir, þá hjálpa þau ekki bara heiminum heldur verða líka fremur en aðrir í viðskiptum, þar sem verslendur taka allt meira tillit til þess hvar vörurnar koma frá og hvert áhrif þeirra eru.
Stjórnun á hita er enn ein af stærstu vandamálum sem hár orkneyti litíumgeymar stæðast fram yfir í dag. Þegar þessir geymar verða of heitir, þá eru þeir ekki aðeins slæmari í notkun heldur einnig alvarlegar öryggisáhættur. Við höfum séð mörg skýrslur um það sem gerist þegar hitastjórnun missist, svo það er ljóst að við þurfum betri efni og snjallri hönnun í framtíðinni. Vísindamenn sem vinna að þessu vandamáli eru að skoða hluti eins og efni sem breyta ástandi og betri hitafrádeilingaruppbyggingu sem gætu minnkað áhættu á hættulegum hitastigssveiflum. Fólk í bransanum heldur að þessar aðferðir séu mikilvægar vegna þess að þær lengja hversu lengi geymarnir eru notanlegir og gera þá betri í heild, sem er eitthvað sem algjörlega nauðsynlegt er ef við eigum að sjá ræst litíumtækni ná sér í neyðarpersónur á skilvirkum veg.
Nýja aðferðir til að stjórna hita í rafköllum fara ekki bara út í að halda hlutunum öruggum heldur bæta líka hvernig rafköll virka og geyma orku. Þegar framleiðendur byggja slíkar eiginleika til hitastýringar beint í hönnun rafkalla sinna, þá fá þeir betri geymslugetu og bættan virkni yfirborðsins. Sérfræðingar í iðnaðinum hafa fundið að góð hitastýring getur lengt líftíma rafkalla um allt 40 prósent, sem þýðir að rafköllin verða með lengri líftíma og þar með minni kostnað á langan tíma. Með því að heimurinn byrji að treysta á öflugri og skilvirkari orkugjafa, þá er rétt hitastýring áfram lykilkostur í því að kenna fram það sem lifrúmrafköll geta gert fyrir okkur alla.
Háttæki þátíðarinnar er aukningin í orkudalstri sem Solidion Technology náir, sem er 380 Wh/kg. Þessi framskjár hefur möguleika á að víkka rafbílafjarlag og bæta sjálfstæðu færavölu kerfis, bjóða út á viðhugaverða afleiðu við litíum-járni bátar.
Litíum-súlfúr-bætur notast við súlfúr sem auka kathóðu, sem er margföldugt og lágkostnaður. Þetta lækkir heildarkostnaði meðan það eykur nauðsyn á dýrum metálum eins og kobalt og járni, gerið framleiðslu kostnaðarsamri og varanleikara.
Flugútverkið fjallar um ferð polysulfúr sameindanna sem veldur aftakmarka í litíum-súlfúr-bæturnar. Þetta er verið að greina með notkun á sameindum af kolþéttum nanorís, sem bæta leiðni og stöðugleiki, milduðu því leiðandi flugútverki.
Skólans óbrennileg elektrolítutækifæri bætir tryggingu rafmagnsvæða með að lækka hraðann fyrir eldur, sem er mikilvægur áhugalegur fyrir bæði notendavélar og stórskalastörf við vistningu af rafmagni.
Kvanttilsæting minnkir markvíst skýrslutímasetningar með stuðningi dephasing, en tölfræðilegar líkamur bæta nákvæmni úrskurðar og samþætta samskiptabankalönd, sem leiðir til varanlegri rafmagnsútgáfur.
