Ameriški družbi Stellantis in Zeta Energy Corp sta razvili baterijsko tehnologijo za električna vozila naslednje generacije, ki bo nudila večji doseg, večjo moč, 50 % hitrejše polnjenje in to z več kot polovico nižjimi stroški. Sliši se dobro…
Litij-ionske baterije poganjajo revolucijo električnih vozil od leta 2008, ko je Tesla svetu predstavila model Roadster s 53 kWh litij-ionske dobrote in dosegom slabih 400 km. Ta je skoraj podvojil doseg General Motorsovega vozila EV1 iz leta 1999 (okoli 225 km), ki ga je poganjal neverjetno težak 26,4 kWh nikelj-metalhidridni (NiMH) baterijski sklop. Litij-ionske baterije kraljujejo še zdaj, a ker imajo kar nekaj omejitev, znanstveniki mrzlično iščejo boljše rešitve. Ena od njih bi lahko bile litij-žveplove (Li-S) baterije. Te so bile zasnovane že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, a je bila njihova praktična uporaba omejena zaradi težav, kot so slabi življenjski cikli zaradi tako imenovanega »polisulfidnega učinka«, ki je značilen samo za Li-S baterije. Med praznjenjem baterije žveplo na katodni strani reagira z litijem in ustvarja litijeve polisulfide, ki difundirajo skozi elektrolit do anode in puščajo usedline. Med polnjenjem se del polisulfidov vrne nazaj na katodo, vendar ne vsi, kar zelo hitro poslabša delovanje baterije. Podjetje Zeta s sedežem v Teksasu, ZDA, v sodelovanju z globalnim avtomobilskim gigantom Stellantisom meni, da je to rešilo. Razvili naj bi poseben premaz, ki te polisulfide ujame in jim prepreči, da bi se »premikali« med elektrodami, s čimer učinkovito odpravi nadležni učinek »prezgodnje smrti«.
Li-S je bistveno lažja od svojih litij-ionskih kolegov. Li-ionska baterija običajno vsebuje od 150 do 250 vatnih ur na kilogram (Wh/kg) energije. Li-S lahko doseže 400-600 Wh/kg, kar je seveda precej več. Li-S lahko torej zagotovi enako količino energije v manjšem paketu, kar pomeni ne le večji doseg vašega električnega vozila, saj bodo baterije tehtale 30-50 % manj, temveč tudi boljše upravljanje in zmogljivost. Čim lažji, tem boljši.
Podjetji trdita tudi, da je hitrost hitrega polnjenja kar za 50 % višja od tradicionalnih litij-ionskih baterijskih paketov. Li-S ima preprostejšo kemijo in se ne zanaša na počasno difuzijo litijevih ionov v trdne materiale (kot je grafit v litij-ionski bateriji). Namesto tega potekajo reakcije neposredno med litijem in žveplom, kar je hitrejše in enostavnejše. Delujejo tudi pri nižjih napetostih, zato med polnjenjem nimajo tolikšnega upora, zaradi česar hitreje absorbirajo energijo.
Pričakuje se, da bodo baterije Li-S stale manj kot polovico cene za kilovatno uro kot litij-ionske.
Prednost tehnologije je tudi ta, da je žvepla veliko, zato Zeta pri baterijah Li-S uporablja odpadne materiale, kot sta metan in nerafinirano žveplo iz različnih industrij. Prav tako se izogibajo dragim, težko dostopnim materialom, kot so kobalt, grafit, mangan ali nikelj, ki jih prav tako najdemo v Li-ionskih baterijah. Zeta lahko uporablja materiale iz lokalnih virov in za sestavljanje svojih baterij uporablja obstoječe tovarne, kar zmanjšuje emisije CO2 v primerjavi z obstoječo tehnologijo baterij.
V nasprotju s tem, kar si morda mislite o »žveplu« v imenu, ta ni podoben tistemu v smodniku, vžigalicah ali ognjemetu. Žveplo v Li-S je v trdnem stanju. Baterije Li-S nimajo vnetljivih elektrolitov, kot jih najdemo v običajnih litij-ionskih baterijah. Elektrolit je pogosto tisti, ki povzroči požar v bateriji. Vendar pa niso brez pomanjkljivosti, saj uporaba kovinske anode iz litija lahko predstavlja tveganje, kot je nastajanje dendritov, ki lahko privedejo do kratkega stika. Če ste že kdaj videli požar baterije električnega vozila, veste, da je zelo uničujoč. Gasilci morajo pogosto preprosto počakati, da požar sam ugasne, ko se litij-ionska baterija »vname« ali eksplodira. Preboji ali toplotni pobegi (običajno zaradi prekomernega polnjenja) povzročijo verižne reakcije, ki v litij-ionskih baterijah povzročijo veliko toplote. Li-S baterije so manj nagnjene k temu, saj so kemijske reakcije žvepla manj eksotermične. Brez sestavin, kot sta kobalt in nikelj, ki bi lahko povzročila požar, veljajo baterije Li-S za varnejše od baterij, ki poganjajo sodobna električna vozila, prenosni računalnik, telefon in tako naprej.
Podjetje Stellantis želi električna vozila, ki jih poganja Li-S, predstaviti do leta 2030.
Vir: Stellantis
