IBM investuje do výzkumu baterií

Výzkum IBM zahajuje ambiciózní projekt, který doufá, že během příštích pěti let povede ke komercializaci baterií, které uchovávají 10krát více energie než ty dnešní. Společnost bude spolupracovat s americkými národními laboratořemi na vývoji slibné, ale kontroverzní technologie, která využívá energeticky husté, ale vysoce hořlavé lithium k reakci s kyslíkem ve vzduchu. Odměnou, říká společnost, bude lehká, výkonná a dobíjecí baterie pro elektrickou síť a elektrifikaci dopravy.

Vodotěsná síla: Tento ochranný kryt obklopuje funkční elektrodu lithium-kovové baterie bez vody, ale propouští ionty lithia. Je součástí prototypu baterie vyrobené společností PolyPlus Battery z Berkeley, CA.

Lithium-kov-vzduchové baterie mohou uchovat obrovské množství energie – teoreticky více než 5 000 watthodin na kilogram. To je více než desetkrát více než dnešní vysoce výkonné lithium-iontové baterie a více než jiná třída zařízení pro ukládání energie: palivové články. Namísto toho, aby obsahovaly druhý reaktant uvnitř článku, tyto baterie reagují s kyslíkem ve vzduchu, který je podle potřeby nasáván, díky čemuž jsou lehké a kompaktní.

IBM se snaží o riskantní technologii namísto lithium-iontových baterií, protože má potenciál dosáhnout dostatečně vysoké hustoty energie, aby změnila dopravní systém, říká Chandrasekhar Narayan , manažer pro vědu a technologii ve výzkumném centru IBM Almaden Research Center v San Jose, CA. Se všemi předvídatelným vývojem budou lithium-iontové baterie jen asi dvakrát lepší než dnes, říká. Chcete-li skutečně ovlivnit dopravu a síť, potřebujete vyšší hustotu energie. Jedním z cílů projektu, říká Narayan, je lehká 500 mil baterie pro rodinný vůz. The Chevy Volt může ujet 40 mil před použitím plynové nádrže a Model S od Tesla Motors Linka může ujet až 300 mil bez dobíjení.

Jednou z hlavních výzev při výrobě lithium-kov-vzduchových baterií je, že vzduch není jen kyslík, říká Jeff Dahn , profesor materiálové vědy na Dalhousie University v Novém Skotsku. Kde je vzduch, tam je vlhkost a vlhkost je smrt lithia, říká Dahn. Když se kov lithia setká s vodou, dojde k výbušné reakci. Tyto baterie budou vyžadovat ochranné membrány, které vylučují vodu, ale propouštějí kyslík, a jsou stabilní v průběhu času.

IBM v současné době nemá programy pro výzkum baterií. Narayan však říká, že IBM má odborné znalosti potřebné k řešení vědeckých problémů. Kromě Oak Ridge bude IBM spolupracovat s národními laboratořemi Lawrence Berkeley, Lawrence Livermore, Argonne a Pacific Northwest. Společnost a její spolupracovníci v současné době pracují na návrhu financování od Ministerstva energetiky USA v rámci agentury Advanced Research Projects Agency-Energy.

Výzkum lithium-metalových baterií se zastavil asi před 20 lety. V roce 1989 kanadská společnost Moli Energy stáhla své dobíjecí lithium-kovové baterie, které nepoužívaly vzduch, ale tradičnější katodu, poté, co jedna začala hořet; incident vedl k právním krokům a společnost vyhlásila bankrot. Brzy poté společnost Sony uvedla na trh první dobíjecí lithium-iontové baterie, které byly bezpečnější, a výzkum lithium-kovových elektrod se téměř zastavil. (Po restrukturalizaci Moli Energy přeorientovala své výzkumné úsilí a nyní prodává lithium-iontové baterie pod názvem Molicel .) Pouze hrstka laboratoří po celém světě, včetně laboratoří na Baterie PolyPlus , v Berkeley, CA, Japonsko AIST , a Univerzita St. Andrews , ve Skotsku, v současné době pracují na lithium-vzduchových bateriích.

Bezpečnostní problémy s lithium-kovovými bateriemi mohou nastat, když jsou dobíjeny. Když nabíjíte a vybíjíte, musíte kov znovu a znovu galvanicky pokovovat a odizolovat, říká Dahn, který není přispěvatelem do projektu IBM. Postupem času, stejně jako u lithium-iontové baterie, lithium-kovový povrch zdrsní, což může vést k tepelnému úniku, kdy baterie doslova hoří, dokud nejsou spotřebovány všechny reaktanty uvnitř. Ale Narayan říká, že lithium-vzduchové baterie jsou ze své podstaty bezpečnější než dříve vyvinuté lithium-kovové baterie i dnešní lithium-iontové baterie, protože v článku je obsažena pouze jedna z reaktantů. Lithium-vzduchový článek potřebuje vzduch zvenčí, říká Narayan. Nikdy nedostanete útěku, protože vzduch je omezený.

PolyPlus Battery pracuje na technologii lithium-kov-vzduch asi šest let a má několik dramatických důkazů o životaschopnosti této technologie: lithium-metalová baterie plovoucí mezi klauny v akváriu v sídle společnosti nasává kyslík ze slané vody. napájení zelené LED. Společnost také vyvinula prototyp baterie, která odebírá kyslík z okolního vzduchu. Steven Visco, zakladatel a viceprezident pro výzkum ve společnosti, však říká, že lithium-kov-vzduchové baterie jsou stále mladou technologií, která není připravena na komercializaci.

IBM Narayan poukazuje na dva zbývající hlavní problémy s technologií lithium-kov-vzduch. Za prvé, design katody musí být optimalizován tak, aby oxid lithný, který se tvoří, když je kyslík vtažen dovnitř baterie, neblokoval kanály pro přívod kyslíku. Za druhé, k řízení zpětné reakce, která dobíjí baterii, jsou zapotřebí lepší katalyzátory.

Narayan říká, že nebude jasné, kolik peněz a kolik času projekt zabere, až za rok a půl, po zahájení výzkumu. Odhaduje, že se firma projektu bude věnovat zhruba pět let. IBM pravděpodobně baterie nevyrobí, ale poskytne na technologii licenci výrobcům.

skrýt