211service.com
Två framsteg pekar mot ett billigare elbilsbatteri
För att vägarna ska börja fyllas med elbilar måste batterierna bli mycket billigare – så mycket som 80 procent billigare enligt vissa uppskattningar (se Hur förbättrade batterier kommer att göra elfordon konkurrenskraftiga). Två nya framsteg som gör en experimentell typ av batteri mycket mer praktisk kan leda till sådana kostnadsbesparingar.
Bättre batteri: Denna svepelektronmikroskopbild visar litiumsulfidpartiklar som används av forskare vid Stanford University för att göra ett förbättrat litiumsulfidbatteri.
Forskare har i flera år arbetat med en typ av batteri som använder litiummetall i en elektrod och svavel i den andra. I teorin kan denna typ av batteri lagra tre till fem gånger så mycket energi som ett konventionellt litiumjonbatteri (se Återbesök litium-svavelbatterier ). Men litiummetall är mycket reaktivt när det utsätts för vatten och kan med tiden bilda rotliknande strukturer inuti batterier; dessa strukturer kan förena positiva och negativa elektroder, vilket orsakar kortslutningar och till och med bränder. Så många forskare har börjat rikta sin uppmärksamhet mot ett liknande batteri som inte kräver litiummetall.
I den nya typen av batteri ersätts svavelelektroden med ett litiumsulfidmaterial – en förening som innehåller både litium och svavel. Detta blir källan till litiumet, så litiummetallen behövs inte längre och kan ersättas med grafit - ett material som används i litiumjonbatterier idag - eller med ett material som kisel.
Problemet är att litiumsulfid är elektriskt isolerande, vilket saktar ner laddningen och minskar mängden energi som batteriet kan leverera. Men två nya tidningar, en från Stanford och den andra från Lawrence Berkeley National Laboratory, erbjuder sätt att göra litiumsulfidbatterier mer praktiska.
Dessa forskningsartiklar visar billiga metoder för att tillverka litiumsulfidbatterier med hög energilagringskapacitet. Arbetet kan leda till kommersiella batterier som lagrar mer än tre gånger så mycket energi som de litiumjonbatterier som för närvarande används i elfordon, säger Yuegang Zhang , en personalforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory.
Tidigare i år visade Yi Cui, en materialvetenskapsprofessor vid Stanford, ett sätt att övervinna de inneboende begränsningarna hos litiumsulfidbatterier genom att ladda batteriet med en högre spänning än vanligt för den första laddningen. Detta förändrar elektrodens kemi och kommer runt konduktivitetsproblemet.
Redan då var litiumsulfiden tvungen att blandas med kol för att förbättra dess ledningsförmåga, och kolet minskar mängden energi som elektroden kan lagra: i experiment räckte det för att minska batteriets kapacitet till nivåer nära konventionella litiumjonbatterier .
Zhang demonstrerade ett nytt sätt att blanda kolet med litiumsulfiden som kraftigt minskar mängden kol som behövs i katoden. Procentandelen av elektroden som består av litiumsulfid ökar från mindre än 50 procent till 67,5 procent. Denna förbättring, delvis för att den förstärks av förbättringar som den tillåter i andra delar av batteriet, kan nästan fördubbla den totala batterilagringskapaciteten, från 350 till 610 wattimmar per kilogram, uppskattar Zhang. (Litiumjonbatterier i elfordon lagrar nu vanligtvis mindre än 200 wattimmar per kilogram.)
Hinder kvarstår för att kommersialisera tekniken, inklusive behovet av att förbättra antalet gånger batterierna kan laddas och hastigheten med vilken de kan laddas. Antalet energilagring bör också tas med en nypa salt - de är uppskattningar som härrör från experiment i laboratorieskala, inte mätningar av stora batterier i kommersiell skala.
Och litium-svavelbatterier som använder litiummetall kan ännu visa sig vara den teknik som valts. Forskare och företag som Sion Power och Polyplus gör framsteg med att förbättra antalet gånger de kan laddas och använder keramik eller andra material för att lösa säkerhetsproblem (se Beyond Lithium Ion: ARPA-E satsar på Novel Energy Storage ) .