一个名副其实的电池技术

锂离子电池强国我们的现代生活,反映了一个事实今年的诺贝尔奖。它驻留在设备从非常小的可穿戴电子产品,通过手机和笔记本电脑、电动汽车和“世界上最大的电池”——巨大的100 mw /特斯拉129兆瓦的电池安装在2017年澳大利亚风电场。

锂离子有大规模的应用,解释了乔纳森•诺特的能量储存在澳大利亚卧龙岗大学的研究员。破解它被用作一个锤子的每个螺母和我们需要开始有点更复杂的使用最好的工具来工作。

许多破坏性的电池技术都在争相采取锂离子的数十亿英镑的市场份额,目前价值超过370亿美元(£300亿),和预计在5年内达到900亿美元。钠电池,其主要开发人员(但不仅限于)放眼大规模、固定市场——如特斯拉的澳大利亚安装。

规模很重要

John Goodenough2019年诺贝尔奖获得者之一,扮演着重要的角色,可充电锂离子电池阴极的发展牛津大学在1980年代早期。锂离子充电运营商结算之前,看着前言使用离子从元素周期表上的元素直接低于它——钠。然而,由于李⁺夹层是速度比Na⁺夹层,我们的注意力转向充电阴极展出⁺夹层,”他告诉必威体育 红利账户。

锂钴氧化物阴极被创建,设计的石墨阳极,剩下的就像他们说的是历史。锂离子技术于1991年被索尼及其使用爆炸,“说Mauro面食,电池在英国牛津大学研究员。

近年来,然而,钠在一定程度上复兴,由于其可用性。虽然有足够的供应锂(地球上),这些不一定是在方便的地方。钠是无所不在地从海洋世界,访问“前言解释道。

此外,在锂离子电池含有钴电极。电极对钠电池不需要。钴是昂贵的和关于其采矿实践有重大的伦理问题。它有时被称为元素的血钻。安全是另一个潜在的好处。细胞可以完全放电和运输零伏特,绕过日益严格的交通法规覆盖锂离子电池。

相对于其他破坏性电池技术的优势,然而,这是钠之间的相似之处——和锂离子电池前最大的卖点和平滑其走向市场。的钠离子也有类似的夹层化学锂离子,因此,毫不奇怪,很多材料被测试钠用于锂电池相似,”律师解释说伊斯兰教,材料化学家在英国巴斯大学的。生产过程也相似。(特斯拉)的任何Gigafactories生产锂离子电池将完全向钠技术适应性强,“意大利面说。

但是之间的差异两个夹层-充电的速度超出预期,前言中指出1980年代。一个关键问题是,因为比锂,钠离子更大的能量密度电池包含它们的能量,可以存储在任何给定的体积,自然是更低。这指导技术对固定应用钠电池的大小并不重要。

Gigafactories生产锂离子电池将完全适应钠技术

存储剩余可再生能源是一个典型的例子。某些形式的可再生能源的间歇性问题,发电只有当风或阳光灿烂。电池也很流行的一种手段在本地存储多余的能量以备后用。特斯拉的巨大的锂离子电池在澳大利亚,例如,安装在回答长州级停电,使风电场提供能量网格24/7。电池和太阳能电池板的使用在家庭和企业也在增加在世界的一些地方。

总能量的一部分也来自可再生能源,也是钠电池的开发人员认为这个市场是一个开放的空间,他们的技术可能的步骤。虽然他们目前没有概念,逐渐有越来越多的示范钠-全球电池现在证明他们的盐。

最接近的模拟

电极的电池就像一个三明治,面包和电解质填充。在锂离子电池、电极和电解质成分取决于所需的性能特征。对大多数人来说,阳极-阴极是钴酸锂,往往掺杂元素如镍、锰和铝。负电极——阳极——通常是碳的一种形式。和锂方法(LiPF₆)在一个循环和脂肪的混合物碳酸盐是最常用的电解质。

就像锂离子电池,有许多不同的化学反应,都属于钠电池的大伞,”诺特解释说。最常见的设计,然而,和最受欢迎的紧密结合锂同行:钠氧化物阴极,碳基阳极和非水溶剂电解质。

英国位于谢菲尔德Faradion是第一个公司也是钠电池的场景。我们有一系列的阴极材料专利,但是我们现在的首选组合sodium-nickel分层氧化,”Jerry Barker Faradion首席技术官。石墨不能用作钠电池的阳极;这不是积极有利的钠在各个层之间。Faradion使用硬碳阳极,是一个受欢迎的选择中钠电池开发人员,和NaPF₆电解液。

与电池为可再生能源存储、Faradion也在开发替代铅酸电池在低成本电动交通,如自行车、摩托车、人力车和车辆起动器,照明和点火(SLI)的目的。我们已经取得了超过50千瓦的原型,包括存储系统,电动自行车和高尔夫球手推车,表明这种技术是真实的,”巴克说。我们现在再次授权技术现有的锂离子电池制造商和新进入者。他希望他们很快便会一上架。

材料时出现问题采取从实验室扩大

英国政府的£2.46亿法拉第电池的挑战正在资助一些Faradion transport-focused通过新法拉第电池研究机构。公司目前正在与艾玛·肯德里克能源材料教授在英国伯明翰大学开发的生产过程也是钠SLI蓄电池。而钠电池可以在同一生产线上生产锂同行,调整仍需对流程以适应不同的物质形态和其他物理性质。有时可以产生新材料,把它们放在一个半电池,测试它们,得到一个很棒的杂志出版。但随后出现问题时,材料通过扩大生产过程,肯德里克解释说。

法拉第电池的挑战也是资金Caerphilly-based Deregallera改善阳极钠电池的能量密度。几个高容量的候选人材料存在,但不幸的是自己不能使用,由于问题,包括极端的体积膨胀,”彼得·伦解释说在Deregallera首席科学家。我们克服这些问题通过支持大容量纳米颗粒硬碳核心。公司也开发低能量的可伸缩的电极材料合成过程削弱传统制造工艺的成本。在18个月内,我们想要一个商业上可行的囊细胞,”伦说。

第三个英国公司将展示其钠电池公开Bridgend-based DST的创新。它开发了一种层状氧化物阴极材料和其他细胞技术主要针对可再生能源存储。一个电池的操作设计在严酷的环境下,温度会下降到-30°C,然后达到夏季高温的,解释了本捣碎,DST的创新研究和合作者的经理。这不是目前可以通过使用标准锂离子系统。根据捣碎,公司的技术提出了在私人示威,在未来相当长的一段时间里。我们计划公开揭示广泛的示范单位超过2019的剩余部分。

更远的地方

在欧洲大陆,许多组织也为推进钠电池托管氧化物阴极。例如,在法国,Amiens-based提亚玛特e-scooter的原型电池,生产几百18650 -类型的电池充电。和德国政府最近一项为期三年的资助,€115万(£105万)学术合作扩大lab-sized钠电池商业上可行的原型。我们希望优化化学钠-细胞内部提高性能接近锂钠电池的成本,为其一生的是低于锂,”斯特凡诺Passerini解释说,项目伙伴和electrochemist在德国卡尔斯鲁厄理工学院的。他的团队的阳极尤其创新——硬碳由苹果废物。

今年,我们做了一个100千瓦时钠为网格应用电池储能系统

Shinichi Komaba sodium-ion-focused著名学者在亚洲包括日本的东京大学,和胡Yong-Sheng物理研究所,中国科学院在北京。2017年,胡锦涛推出分拆公司将他的学术研究,希娜电池技术。电池包含一个分层Na-Cu-Fe-Mn-O氧化物阴极,热解无烟煤阳极和NaPF₆在碳酸盐作为电解液。根据胡,电极都是非常便宜的制造。

我们已经建立了一个材料工厂生产阴极和阳极材料和另一家工厂也是钠电池,”胡锦涛说。到目前为止,公司已经生产了10000个原型。2017年,一个电动自行车示范透露,2018年,一个微型电动汽车和家庭存储系统。今年,我们犯了一个100千瓦时钠电池储能系统对于网格应用程序,”胡锦涛说。它包括超过6000钠电池连接在一起,一个在长江三角洲正在现场测试在溧阳市物理研究中心。充电时从电网便宜,非高峰电力小时然后供应电力研究中心在高峰时期。的计算显示需要三年左右回来的初始投资1兆瓦时存储系统基于当前电力高峰和非高峰期之间的价格差异,在那之后,我们可以从这个能量存储系统赚钱,”胡锦涛说。他说,同样的电池还可以用于可再生能源存储,希娜电池技术是希望在2020年把它推向市场。

钠电池也在澳大利亚白热化。例如,诺特和他的卧龙岗的同事最近开始安装钠-实地测试电池。这1050万澳元(£580万)项目是由澳大利亚可再生能源机构和团队对于它的电池的成分是守口如瓶。第一个安装将在测试运行在太阳能的房子。第二,大电池是安装在2020年悉尼邦迪海滩上的水泵站。“这将是一个演示如何将这些钠电池可以帮助增加可再生能源的吸收光工业应用,”诺特说。

蓝色的感觉

层状氧化物和碳可能是最多产的钠电池电极组成,但他们并不是唯一可能的。泡碱能源在加州,我们,例如,使用铁氰化物盐称为普鲁士蓝。普鲁士蓝是色素中发现各种各样的消费产品,”科林·威塞尔解释说,该公司的联合创始人和首席执行官。意大利面是第二个创始人之一,但不再是涉及到公司。我们使用两个不同等级的普鲁士蓝,一个为正极,另一个负电极,”威塞尔补充道。

天然碳酸钠能源目前预售的后备电源电池数据中心。这些电池每个提供8千瓦的电力和被设计成安装在每一个数据中心的服务器机架,”威塞尔说。这电池是今天出售商业生产将在几个月内开始。”

该公司还测试它的钠-几个grid-related储能电池技术应用在加州大学圣地亚哥。它也将被安装在电动汽车快速充电点在2020年初在校园。为这些单位是出了名的巨大问题,快速注射所需的电力超出网格的方法。相反,静止的锂离子电池目前使用。这些充电慢,从电网或可再生技术,然后迅速放电到汽车电池。普鲁士蓝是擅长存储和释放钠离子快速、可逆的。每个电极能够完全充电和放电在几分钟内,完全充电和放电成千上万次,”威塞尔说。我们还有另外两个示范项目计划在明年。”

海景

只有一个钠电池在商业规模下线日期——saltwater-based阿奎昂能源太阳能集成制造的电池。杰伊·惠特克的实验室中所开发的电池,在匹兹堡的卡内基梅隆大学,我们是市场上从2014年直到2017年该公司申请破产。我们运往世界各地许多兆瓦小时,有很多设施,仍在运转,”惠特克解释说。阿奎昂能源”被中国利益,他们现在在中国设立工厂,他补充道。

saltwater-containing电池的潜力正在探索一些其他公司。根据惠特克,水电解质是可取的原因很多。“水性电解质完全是良性的,”他解释说,“你可以有多厚电极,因为在水中离子运输比有机溶剂的离子传输。“厚电极更便宜、更易于制造,他补充道。

阿奎昂能源电池的阳极是一种碳涂层钛钠磷酸盐复合阴极是锰氧化物。惠特克的研究小组目前正在致力于开发下一代电极具有更高的能力。

固化问题

固态离子导体是另一个选择是钠电池电解质。家庭的钠硅锆磷氧化物,称为Nasicon,是迄今为止最为此探索。固态电解质也强烈的研究兴趣的锂离子电池技术。我们正在寻找新固态钠电解质材料,“解释了伊斯兰教。他说,这里有很多挑战,包括固体通常不进行这一事实以及液体;还有所有固体组件之间的接口问题电池。

Passerini的德国合作,面食的牛津研究小组和胡锦涛的团队也在寻找钠基固体电解质。后者也开始探索离子液体电解质。其他钠技术在开发的早期阶段包括电池(类似于锂硫)和sodium-oxygen与锂空气(类似的)。的可能性会在元素周期表中,镁,也被认为是。

但钠电池是否会冲击主流仍有待观察。“很难预测,因为你需要一个市场拉动,以及技术的推动,“Kendrick说。“拉不确实。对该领域的其他研究人员更积极的未来。钠离子电池研究”这是一个激动人心的时刻,“伊斯兰教。但无论电池的未来方向,重大突破将取决于新材料、新概念和更好的理解他们的表现。

尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国