Solidion Technology nedávno dosiahol v oblasti lítium-sírových batérií pomerne obdivuhodné pokroky, keď dosiahol energetickú hustotu 380 Wh/kg, čo vzbudzuje pozornosť v celej odbornej oblasti. Čo to znamená v praxi? Stačí pomyslieť na elektromobily a tie prenosné batérie, ktoré všetci nosíme so sebou. Akonáhle spoločnosť dosiahne takto vysokú hodnotu energetickej hustoty, znamená to v podstate, že vieme vyvíjať batérie s výrazne predĺženou výdržou medzi nabíjaním. Pre majiteľov elektromobilov to znamená možnosť jazdy na väčšie vzdialenosti bez nutnosti zastaviť sa pri nabíjacích staniciach. Prenosné zariadenia by mohli rovnako zostať dlhšiu dobu v prevádzke. V porovnaní s bežnými lítium-iontovými batériami, ktoré dosahujú maximum okolo 260 Wh/kg, je to, čo Solidion dosiahol, niečo mimoriadne. Rozdiel v číslach môže na prvý pohľad pôsobiť nepatrne, no v praxi ide o výrazný krok vpred pre všetkých, ktorí si želajú znížiť frekvenciu nabíjania a zároveň zachovať výkon.
Táto technológia prináša niektoré veľmi dôležité zmeny, pokiaľ ide o zelenú energiu a úspory nákladov na výrobu. Lítium-sírové batérie využívajú na svoju hlavnú časť síru, ktorá je v porovnaní s inými materiálmi používanými v súčasných batériách pomerne bežná a lacná. Táto výmena výrazne zníži náklady, a pritom poskytuje stále vynikajúcu kapacitu ukladania. Ešte lepšie je, že výrobcovia už nebudú musieť investovať do drahých kovov, ako je kobalt alebo nikel. Odhadovaná cena výroby týchto batérií klesá pod približne 65 dolárov za kilowatthodinu, čo znižuje náklady elektromobilov a robí ich pre mnohých zákazníkov finančne dostupnými alternatívami. Vezmite si typický 100 kWh batériový balíček vyrobený touto technológiou – mohol by pohoniť auto približne na 500 míľ a stál by niekomu okolo 6 500 dolárov. Takáto cena umiestňuje elektromobily priamo do blízkosti tradičných vozidiel s benzínovým pohonom z hľadiska skutočných počiatočných nákladov pre zákazníkov.
Tento pokrok rieši niektoré hlavné problémy, ktoré dlhé roky sužovali lítium-sírne batérie, najmä ich krátku životnosť na nabíjacie cykly a nižšiu účinnosť v porovnaní s bežnými lítium-iontovými verziami. Výskumníci neustále dosahujú vylepšenia, ktoré predlžujú životnosť týchto batérií a zlepšujú ich výkon, pričom využívajú napríklad polotuhé elektrolyty a pokročilé nové konštrukcie katód. Keďže tieto vývoje pokračujú, existuje dobrý dôvod veriť, že lítium-sírne batérie budú zohrávať významnú úlohu pri ukladaní energie v rôznych priemyselných odvetviach budúcnosti.
Hlavným problémom lítium-sírových batérií je takzvaný šuttleový efekt, s ktorým sa v súčasnosti stretávajú výskumníci. Základne ide o pohyb určitých chemických zlúčenín, známych ako polysulfidy, uvnútro batérie, čo spôsobuje rýchlu stratu kapacity v priebehu času. To výrazne obmedzuje účinnosť týchto batérií a ich životnosť pred nutnosťou výmeny. Dobrou správou však je, že nedávne štúdie skúmajú použitie uhlíkových nanotrubníc ako potenciálneho riešenia tohto problému. Po pridaní do komponentov batérie tieto špeciálne kompozity zvyšujú elektrickú vodivosť aj štrukturálnu stabilitu. Vďaka tomu bránia voľnému pohybu problematických polysulfidov. To znamená lepší výkon batérie v celkovom meradle a predĺženie životnosti lítium-sírových článkov ako doteraz.
Nedávne výskumy ukazujú, že kombinovanie uhlíkových nanorúrok s sírovými katódamí skutočne zlepšuje mechanickú pevnosť aj elektrochemické vlastnosti batérií. Článok z Advanced Materials upozorňuje, že tieto kompozitné materiály pomáhajú batériám udržať si náboj lepšie a zostať stabilné po mnohých cykloch nabíjania a vybíjania. Zaujímavosťou pre výrobcov je, ako tieto nanorúrkové štruktúry pracujú na základnej úrovni, aby posilnili výkon sírových katód, čo bol v uplynulých rokoch významným problémom pri vývoji lítium-sírových batérií.
Lepšia kontrola nad efektom šuttle znamená, že lítium-sírne batérie môžu dosiahnuť svoj skutočný výkon, najmä v náročných podmienkach, ako sú tie v leteckej technike, kde zároveň záleží na energetickej hustote aj spoľahlivom výkone. V takom prípade získame systém na ukladanie energie, ktorý vo viacerých ohľadoch prevyšuje bežné lítiové batérie. Tento pokrok otvára dvere k lepším možnostiam ukladania v rôznych oblastiach, od elektrických vozidiel až po obnoviteľné zdroje energie – niečo, po čom výrobcovia už roky túžia, keď sa snažia prekonať obmedzenia konvenčných batériových technológií.
Výskumnici z Doshisha University nedávno vyvinuli nehorľavý elektrolyt pre lítiové batérie, čo predstavuje významný pokrok smerom k bezpečnejšiemu ukladaniu energie. Ich nová formulácia rieši jednu z najväčších problematických otázok súčasnej batériovej technológie – riziko vznietenia počas prevádzky alebo nabíjania. Toto má veľký význam v rôznych odvetviach priemyslu, kde batérie napájajú všetko od smartfónov až po rozsiahle zariadenia na ukladanie energie do siete. Bezpečnejšie batérie znamenajú menej nehôd a menšie škody na majetku, čo prirodzene zvyšuje dôveru medzi spotrebiteľmi pri nákupoch výrobkov vybavených novou batériovou technológiou. Laboratórne testy tiež ukázali sľubné výsledky – batérie vyrobené s týmto elektrolytom prejavili oveľa lepšiu odolnosť proti prehrievaniu, aj keď boli vystavené extrémnym teplotám. Ak by sa tento vynález široko používal, mohol by zásadne zmeniť to, čo očakávame od lítiových batérií, a urobil by ich výrazne bezpečnejšími, pričom by si zachovali svoju spoľahlivosť ako hlavných zariadení na ukladanie energie.
Solid-state technológia dosahuje pomerne významné pokroky v oblasti zabezpečenia akumulátorov pre energetickú sieť aj elektromobily. Lithiové batérie vždy mali svoje bezpečnostné problémy, najmä pripady tzv. tepelného úniku, kedy sa veci nebezpečne zohrejú, či už prítomnosť horľavých elektrolytov, ktoré môžu spôsobiť požiar. Novšie solid-state a quasi solid-state konštrukcie sa snažia práve tieto problémy riešiť. Niektoré odvetvové správy ukazujú, že približne 40 % všetkých porúch v systémoch ukladania energie z obnoviteľných zdrojov vzniká práve kvôli incidentom s batériami, čo veľmi jasne zdôrazňuje dôvod, prečo potrebujeme lepšie alternatívy. Najnovšie pokroky znamenajú, že tieto nové batériové systémy vydržia extrémne podmienky bez toho, aby sa pokazili alebo stratili svoju účinnosť. Keď výrobcovia budú pokračovať v týchto vylepšeniach, uvidia prevádzkovatelia sietí aj majitelia elektromobilov výrazne bezpečnejšie zariadenia. Tento vývoj môže pomôcť urýchliť prechod na čistejšie zdroje energie v mnohých rôznych odvetviach.
Kvantové nabíjanie sa v poslednej dobe stáva dosť zaujímavým a môže skutočne skrátiť tie dlhé čakacie doby pri nabíjaní lítiových batérií. Táto myšlienka v podstate využíva kvantovú mechaniku na prenos energie oveľa rýchlejšie ako tradičnými metódami. To, čo nazývajú kontrolovaná depháza, funguje tak, že drobné častice dôsledne synchronizuje, aby energia cez ne prechádzala efektívnejšie, čo spôsobuje, že celé nabíjanie prebieha rýchlejšie. V poslednej dobe vyšli aj niektoré sľubné štúdie. Modely naznačujú, že touto technikou by ľudia mohli nabiť svoje zariadenia už za pár minút namiesto hodín. Tento nový prístup k ukladaniu energie využívajúci kvantové javy predstavuje skutočný pokrok v technológii lítiových batérií. Znásobuje rýchlosť nabíjania aj celkovú účinnosť ukladania energie. Hoci ešte stále treba vykonať určitú prácu, než začneme tento spôsob vidieť v reálnych produktoch, mnohí vedci veria, že tieto myšlienky čoskoro opustia laboratóriá a dostanú sa do každodenných zariadení a dokonca aj do elektromobilov.
Náhodné modelovacie prístupy menia spôsob, akým uvažujeme o recyklácii batérií a budovaní kruhových ekonomík. Tieto matematické nástroje pracujú s nepredvídanými premennými, aby predpovedali rôzne faktory ovplyvňujúce účinnosť recyklácie materiálov a či takéto operácie dávajú finančný zmysel. Pomáhajú podnikom nájsť lepšie spôsoby, ako znovu získavať cenné zdroje a zároveň znížiť množstvo odpadu, ktorý skončí na skládkach. Sektor lítiových batérií má tento druh analýzy práve teraz veľmi potrebný. Hovoríme o niečom dosť šokujúcom – štúdie ukazujú, že viac ako 95 percent použitých lítiových batérií sa nikdy nedostane do recyklácie. To je zlá správa pre naše životné prostredie. Keď však začneme tieto pravdepodobnostné metódy skutočne aplikovať, vidíme reálne zlepšenie z hľadiska environmentálneho aj ekonomického. Vďaka všetkým novým vývojovým trendom v oblasti batériových technológií je tu určite priestor na rast. Vážne sa zaoberať stochastickým modelovaním by práve teraz mohlo byť tým, čo spája našu rastúcu potrebu spoľahlivých riešení pre ukladanie energie so šmartnejšími a ekologickejšími spôsobmi správy cenných materiálov.
Lítium-sírové batérie menia spôsob, akým ukladáme obnoviteľnú energiu, pretože sú lacnejšie ako tradičné alternatívy. Čo robí tieto batérie výnimočnými? Umožňujú uložiť viac energie do menších priestorov a zároveň stojia výrazne menej peňazí pri výrobe. To znamená lepší výkon a spoľahlivejšie dodávanie energie v prípadoch, keď je najviac potrebné. Solárne panely a veterné turbíny vedia generovať elektrinu v nepredvídaných časoch, a preto je dobré ukladanie veľmi dôležité na zabezpečenie rovnomerného toku energie. Jako príklad spoločnosti, ktorá už tieto nové batérie využíva v reálnych aplikáciách, môžeme uviesť Oxis Energy. Ich testy ukazujú pomerne pôsobivé výsledky v porovnaní so staršími batériovými technológiami. Hoci existuje stále priestor na zlepšenie, tieto pokroky pomáhajú urobiť systémy čistej energie lacnejšími na inštaláciu a údržbu, čo vysvetľuje, prečo vidíme čoraz viac podnikov, ktoré ich prijímajú, aj napriek počiatočnému skeptickému pohľadu na nové technológie.
Zavedenie lítium-sírových technológií mení spôsob, akým uvažujeme o prenosných nabíjacích staniciach, a poskytuje im výraznú výhodu oproti starším batériovým systémom. Nové modely vážia výrazne menej ako ich predchodcovia a zároveň ponúkajú väčšiu kapacitu v kompaktnejších rozmeroch. Okrem toho sú ekologickejšie, keďže ich výroba nevyžaduje toľko zriedkavých kovov. V porovnaní s bežnými lítium-iontovými batériami lítium-sírové verzie dosahujú lepší výkon a zanechávajú menší environmentálny stopu. Spoločnosť Sion Power je v tomto ohľade príkladom – ich najnovšie prototypy ukazujú, ako ďaleko sa táto technológia posunula. Keď viac firiem prijíma lítium-sírové riešenia, vidíme skutočné zlepšenie kvality prenosných zdrojov energie. Tieto pokroky sú dôležité, pretože ľudia chcú spoľahlivý záložný zdroj energie, ktorý nebude mať vysokú cenu – doslova či obrazne – v prípade každého opätovného nabíjania.
Odchod od kobaltu v katódach lítiových batérií predstavuje významnú zmenu v priemysle, ktorá je hlavne motivovaná environmentálnymi a etickými problémami. ťažba kobaltu spôsobuje vážne škody na ekosystémoch a už dlhý čas je spojená s vykorisťovaním pracovníkov, čo potvrdzujú mnohé vyšetrovacie správy. Spoločnosti teraz usilovne pracujú na vývoji nových spôsobov výroby batérií, ktoré nebudú závislé od tohto kontroverzného materiálu. Výsledky sú tiež sľubné. Nedávne výskumy ukazujú, že výrobcovia, ktorí prejdú na bezkobaltové alternatívy, zvyčajne znížia svoje náklady približne o 30 %. Táto úspora prichádza v čase, keď podniky chcú čistejšie dodávateľské reťazce, čo má teda ekonomický aj morálny zmysel. Ochrana životného prostredia a zisky nie sú vždy dokonale zaradené, ale v tomto prípade sa zdá, že idú ruka v ruke.
Technické vylepšenia, ktoré tu vidíme, poukazujú na niečo väčšieho, čo sa celkovo deje v oblasti energií. Mnohé spoločnosti teraz usilovne pracujú na doladení svojich výrobných procesov s cieľom dosiahnuť väčšiu efektívnosť a zároveň znížiť environmentálne škody spôsobené výrobou batérií. Odborné správy ukazujú, že obmedzenie používania kobaltu môže výrazne znížiť emisie uhlíka, čo dáva zmysel vzhľadom na prísne environmentálne predpisy, ktoré sa vo svete zavádzajú. Keď podniky prijímajú tieto nové prístupy, nielenže pomáhajú planéte, ale zároveň sa dostávajú do popredia aj v obchodnom svete, keďže zákazníci čoraz viac dbajú na to, odkiaľ ich produkty pochádzajú a aký dopad majú.
Riadenie tepla patrí medzi najväčšie problémy, ktorým dnes čelia vysokovýkonné lítium-iontové batérie. Keď tieto batérie príliš stúpnu v teplote, nielenže sa zhoršuje ich výkon, ale zároveň predstavujú vážne bezpečnostné riziká. Viackrát sme videli správy, ktoré dokumentujú následky zlyhania termálneho riadenia, čo jasne ukazuje, že pre ďalší vývoj potrebujeme lepšie materiály a inteligentnejšie konštrukcie. Odborníci, ktorí na tomto probléme pracujú, skúmajú riešenia ako fázovo-menové materiály alebo vylepšené štruktúry na rozvádzanie tepla, ktoré by mohli znížiť nebezpečné teplotné skoky. Odborníci z priemyslu sú presvedčení, že tieto prístupy majú veľký význam, pretože predlžujú životnosť batérií a zlepšujú ich celkový výkon – čo je nevyhnutné, ak chceme, aby sa technológie lítia novej generácie dostali k zákazníkom spôsobom, ktorý má reálny význam.
Nové prístupy k riadeniu tepla v batériách idú ďalej než len zaistenie bezpečnosti, v skutočnosti zlepšujú výkon batérií a ich schopnosť ukladania energie. Keď výrobcovia integrujú tieto funkcie riadenia tepla priamo do svojich konštrukcií batérií, dosahujú vyššiu úroveň kapacity ukladania a zlepšený výkon celého systému. Odborníci zistili, že kvalitné riadenie tepla môže predĺžiť životnosť batérie približne o 40 percent, čo znamená dlhšie trvajúce batérie, ktoré v dlhodobom horizonte ušetria náklady. Keďže svet čoraz viac závisí od silných a efektívnych zdrojov energie, správna kontrola teploty ostáva kľúčovým faktorom pri rozširovaní možností, ktoré nám lítiové batérie ponúkajú.
Hlavným skokom vpred je zvýšenie hustoty energie dosiahnuté technológiou Solidion, ktorá sa pohybuje na úrovni 380 Wh/kg. Tento pokrok môže predĺžiť dosah elektrických vozidiel a zlepšiť samostatnosť prenosných energetických systémov, ponúkajúc tak konkurencieschopnú alternatívu k lihtium-ionovým akumulátorom.
Lithium-sírky akumulátory používajú ako svoj primárny katód sír, ktorý je hojne k dispozícii a má nízke náklady. To zníži celkové náklady a zároveň eliminovalo potrebu po drahocenných kovoch ako je kobalt alebo nikol, čím sa vyrobenie stáva ekonomičnejšie a udržateľnejšie.
Shuttle efekt zahŕňa migráciu polysulfidových zlúčenín, ktoré spôsobujú zmierňovanie kapacity v lithium-sírkových akumulátoreoch. S týmto problémom sa začína bojovať pomocou kompozitov z oxidovaných uhlových nanotrubičiek, ktoré zvyšujú vodivosť a stabilitu, čím sa zníži shuttle efekt.
Nevylepňový dizajn elektrolytu školy zvyšuje bezpečnosť baterií tým, že zníži riziko požiarov, čo je veľká starosť pre obojživé elektronické zariadenia aj pre systémy veľkomernej úložnej energie.
Kvantové náboje významne skráťajú dobu náboja pomocou kontrolovanej depházovosti, zatiaľ koľ stochastické modely zlepšujú účinnosť recyklovania a podporujú cyklické hospodárstvo baterií, čo viedlo k viac udržateľným energetickým riešeniam.
