Литиево-металните батерии – новата печеливша технология при електромобилите?

Ограниченията при пробега на електрическите превозни средства, повечето от които предлагат максимум около 600 км с едно зареждане, са една от преобладаващите пречки пред по-широкото внедряване на електромобилите по света. Автомобилните производители и анализатори често търсят три решения на проблема с пробега: енергийно ефективни автомобилни системи, подобрени техники за презареждане на батерията или батерии с по-голям капацитет, пише All About Circuits. 

Миналия месец американският концерн General Motors (GM) обяви значителна инвестиция в третото решение - батерии с по-голям капацитет. И докато конкурентните производители на електромобили, като Tesla, са се фокусирали върху батерии с по-голям капацитет, като модифицират архитектурата на литиево-йонните батерии, решението на GM е да се дистанцира максимално от този тип батерии.

Вместо това автомобилният гигант избира да разработи литиево-метална алтернатива с надеждата да създаде батерия с по-голям капацитет и на по-ниска цена.

Какви са достойнствата на литиево-металните батерии за електромобилите? И защо досега тази технология е била пренебрегвана от концерните?

батерии

Литиево-метални батерии срещу литиево-йонни батерии

Литиево-металните батерии действат на принципи, подобни на литиево-йонните батерии.

В литиево-йонна батерия анодът и катодът са разделени от сепаратор, "навлажнен" с електролит, за да се насърчи движението на литиеви йони между анода и катода. Сепараторът изолира анода и катода, за да предотврати късо съединение, като същевременно позволява само литиевите йони да преминат през електролита. Това създава електричество.

При литиево-йонните батерии обикновено анодът е направен от графит, докато катодът се състои от литиев кобалтов оксид (LiCoO2).

От своя страна литиево-металните батерии работят по подобен начин, но вместо да използват графитен анод, те разчитат на високоенергиен литиев метал. Според изследвания на Вашингтонския държавен университет литиевият метал се възприема като „мечтания метал“ за батериите, тъй като от всички известни твърди елементи той има най-висока енергийна плътност. Всъщност литиево-металната батерия може да съхранява с 33% повече енергия на килограм в сравнение с литиево-йонните батерии, предоставяйки повече капацитет срещу по-малко тегло.

батерии2

Предизвикателства пред литиево-металните батерии

Макар литиево-металните батерии да изглеждат примамливи за разработчиците на такива технологии, опасенията относно безопасността на батерията спъват по-мащабни изследвания.

Когато прехвърля литиеви йони между анода и катода, литиево-металната батерия е по-податлива на дендрити - твърди, иглоподобни структури, които се образуват върху литиевия метал. Ако не бъдат следени, дендритите в крайна сметка може да повредят мембраната, разделяща анода и катода, създавайки предпоставя за възпламеняване на електролита в батерията.

батерии3

Дори батерията да не се запали, дендритите може да ускорят разреждането на батерията, което означава, че литиево-металната батерия ще изгуби способността си да съхранява електроенергия за продължително време.

Заради този недостатък производителите се отказват да разработват подобни батерии в полза на по-утвърдената алтернатива – литиево-йонната батерия.

Въпреки това, на фона на допълнителни изследвания и инвестиции в литиево-метални батерии през последните години, технологията изглежда се завръща под светлината на прожекторите.

GM залага на алтернативата

Преди шест години General Motors инвестира в създадения през 2012 г. китайски стартъп SolidEnergy Systems (SES), изследващ нови начини за разработване и производство на литиево-метални батерии, които са безопасни за употреба.

Наскоро компаниите обявиха споразумение за съвместни разработки, което включва и план за изграждане на производствена линия за прототипи в Уобърн, Масачузетс.

За да намали риска от пожар, SolidEnergy е разработила специален електролит. През последните три години батериите на компанията са тествани в дронове. Ръководството на SolidEnergy твърди, че нейните батерии са се оказали безопасни или поне не по-опасни от традиционните литиево-йонни батерии. Това означава, че може да се пристъпи към комерсиалната им употреба.