{"id":60417,"date":"2023-11-05T06:45:50","date_gmt":"2023-11-05T11:45:50","guid":{"rendered":"https:\/\/sustainablereview.com\/?p=60417"},"modified":"2024-08-10T12:14:30","modified_gmt":"2024-08-10T16:14:30","slug":"rewolucja-w-magazynowaniu-energii-rozwoj-baterii-litowo-siarkowych","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sustainablereview.com\/pl\/rewolucja-w-magazynowaniu-energii-rozwoj-baterii-litowo-siarkowych\/","title":{"rendered":"Rewolucja w magazynowaniu energii: Rozw\u00f3j baterii litowo-siarkowych"},"content":{"rendered":"\n

Jest spos\u00f3b na lepsze baterie. Produkowane bez cierpienia ludzi i niszczenia \u015brodowiska naturalnego<\/p>\n\n\n\n

Ogniwa litowo-siarkowe mog\u0105 dostarczy\u0107 kilka razy wi\u0119cej energii w tej samej obj\u0119to\u015bci co ogniwa litowo-jonowe. Mia\u0142y one jednak jeden zasadniczy problem – kr\u00f3tk\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107. Wygl\u0105da na to, \u017ce problem ten zosta\u0142 rozwi\u0105zany. Mo\u017ce to przynie\u015b\u0107 ulg\u0119 milionom ludzi i zwierz\u0105t.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Kto nie chcia\u0142by \u0142adowa\u0107 swojego smartfona tylko raz w tygodniu?<\/p>\n\n\n\n

Powszechnie stosowane ogniwa litowo-jonowe w wi\u0119kszo\u015bci dzisiejszych urz\u0105dze\u0144 maj\u0105 pojemno\u015b\u0107 od 150 do 260 watogodzin na kilogram (Wh\/kg). Istniej\u0105 r\u00f3wnie\u017c ogniwa litowo-siarkowe – maj\u0105 one znacznie wi\u0119ksz\u0105 pojemno\u015b\u0107, oko\u0142o 550 watogodzin na kilogram.<\/p>\n\n\n\n

Przy tej samej wadze, bateria litowo-siarkowa dzia\u0142a dwa do trzech razy d\u0142u\u017cej ni\u017c bateria litowo-jonowa. S\u0105 one r\u00f3wnie\u017c o po\u0142ow\u0119 ta\u0144sze, poniewa\u017c wykorzystuj\u0105 znacznie ta\u0144sz\u0105 siark\u0119 zamiast stosunkowo drogiego kobaltu stosowanego w bateriach litowo-jonowych.<\/p>\n\n\n\n

Lit i siarka s\u0105 na tyle lekkimi pierwiastkami, \u017ce takie ogniwa s\u0105 r\u00f3wnie\u017c bardzo lekkie – dwa i p\u00f3\u0142 razy l\u017cejsze ni\u017c najl\u017cejsze ogniwa litowo-jonowe.<\/p>\n\n\n\n

Waga tych ostatnich mo\u017ce nie by\u0107 problemem w przypadku smartfona (cho\u0107 ka\u017cdy wola\u0142by l\u017cejsze ni\u017c ci\u0119\u017csze), ale lekkie baterie by\u0142yby bardzo przydatne w samochodach elektrycznych, kt\u00f3re s\u0105 dzi\u015b znacznie ci\u0119\u017csze ni\u017c samochody z silnikami spalinowymi. Przeci\u0119tna bateria w samochodzie elektrycznym wa\u017cy od 450 kilogram\u00f3w w g\u00f3r\u0119 (czasami osi\u0105gaj\u0105c prawie ton\u0119), znacznie zwi\u0119kszaj\u0105c mas\u0119 pojazdu.<\/p>\n\n\n\n

Problem z \u0142a\u0144cuchami (siarki<\/strong>)<\/h3>\n\n\n\n

Skoro ogniwa litowo-siarkowe maj\u0105 tak wiele zalet, dlaczego nie s\u0105 jeszcze wsz\u0119dzie? Niestety, maj\u0105 one fundamentaln\u0105 wad\u0119 – znacznie kr\u00f3tsz\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107.<\/p>\n\n\n\n

Obecnie powszechnie stosowane ogniwa litowo-jonowe wytrzymuj\u0105 oko\u0142o 2000 cykli \u0142adowania. Ogniwa litowo-siarkowe maj\u0105 znacznie kr\u00f3tsz\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107 – oko\u0142o 1000 cykli \u0142adowania.<\/p>\n\n\n\n

\u0179r\u00f3d\u0142em tego problemu s\u0105 \u0142a\u0144cuchy polisiarczk\u00f3w litu tworz\u0105ce si\u0119 podczas ka\u017cdego \u0142adowania, kt\u00f3re po prostu zatykaj\u0105 takie baterie. Pr\u00f3bowano wielu metod, aby zwi\u0119kszy\u0107 \u017cywotno\u015b\u0107 takich ogniw, ale ka\u017cda z nich mia\u0142a swoje wady.<\/p>\n\n\n\n

In\u017cynierowie z australijskiego Monash University twierdz\u0105,<\/a> \u017ce znale\u017ali rozwi\u0105zanie. Opracowali oni konstrukcj\u0119 anody (w ogniwach i bateriach jest to elektroda ujemna), kt\u00f3ra znacznie wyd\u0142u\u017ca \u017cywotno\u015b\u0107 baterii litowo-siarkowych.<\/p>\n\n\n\n

Anoda w ich ogniwie to cienka warstwa litu pokryta specjaln\u0105 foli\u0105 z porami wielko\u015bci milionowych cz\u0119\u015bci metra. Jak wyja\u015bniaj\u0105 wynalazcy, jony litu mog\u0105 swobodnie przez nie przenika\u0107, ale wi\u0119ksze jony siarki ju\u017c nie. <\/p>\n\n\n\n

Czy nadszed\u0142 czas na ogniwa litowo-siarkowe?<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Czy oznacza to d\u0142ugo oczekiwany prze\u0142om i baterie litowo-siarkowe podbij\u0105 rynek? Warto zachowa\u0107 ostro\u017cno\u015b\u0107. To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy w laboratoriach og\u0142aszaj\u0105, \u017ce uda\u0142o im si\u0119 przed\u0142u\u017cy\u0107 \u017cywotno\u015b\u0107 takich ogniw.<\/p>\n\n\n\n

Ogniwa litowo-siarkowenie s\u0105 nowym wynalazkiem<\/mark>(ameryka\u0144ski patent<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Wynalazcy baterii litowo-siarkowych<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Schemat zasady dzia\u0142ania baterii litowo-siarkowej<\/p>\n\n\n\n

\"\"
\u0179r\u00f3d\u0142o: https:\/\/www.sciencedirect.com\/topics\/engineering\/lithium-sulfur-batteries<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

S8+16e-+16Li+\u21928Li2S<\/p>\n\n\n\n

Poni\u017cej przedstawiono r\u00f3wnanie reakcji serii jon\u00f3w polisiarczkowych:<\/p>\n\n\n\n

S8\u2192Li2S8\u2192Li2S6\u2192Li2S4\u2192Li2S2\u2192Li2S<\/p>\n\n\n\n

Jednak pierwsze ogniwa litowo-siarkowe o \u017cywotno\u015bci tysi\u0105ca cykli \u0142adowania zosta\u0142y skonstruowane dopiero na pocz\u0105tku XXI wieku. W 2017 r. uda\u0142o si\u0119 osi\u0105gn\u0105\u0107 \u017cywotno\u015b\u0107 1500 cykli – wci\u0105\u017c mniej ni\u017c litowo-jonowe, ale blisko. W 2022 r. naukowcy z Drexel <\/a>University stwierdzili, \u017ce dzi\u0119ki zastosowaniu jednej z form siarki (jej alotrop\u00f3w) mo\u017cliwe jest osi\u0105gni\u0119cie nawet 4000 cykli \u0142adowania.<\/p>\n\n\n\n

To dwa razy wi\u0119cej ni\u017c w przypadku ogniw litowo-jonowych. Kto by nie chcia\u0142 ta\u0144szych, l\u017cejszych, bardziej pojemnych i trwalszych baterii… A jednak takich baterii wci\u0105\u017c nie ma na rynku. Dlaczego?<\/h5>\n\n\n\n

Jednym z powod\u00f3w jest trudno\u015b\u0107 w opracowaniu technologii pozwalaj\u0105cej na produkcj\u0119 takich ogniw na masow\u0105 skal\u0119. Tylko dlatego, \u017ce co\u015b odnios\u0142o sukces w laboratorium, nie oznacza, \u017ce jest \u0142atwe do wyprodukowania w fabryce. Skalowanie technologii od kilku prototyp\u00f3w do setek tysi\u0119cy jednostek r\u00f3wnie\u017c zajmuje sporo czasu. Oni r\u00f3wnie\u017c d\u0142ugo czekali. I otrzymali nagrod\u0119 Nobla<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nie ma nic szczeg\u00f3lnie dziwnego w tym czekaniu na post\u0119p. Baterie litowo-jonowe, kt\u00f3re s\u0105 dzi\u015b tak powszechne, r\u00f3wnie\u017c le\u017ca\u0142y w laboratoriach chemik\u00f3w i in\u017cynier\u00f3w przez d\u0142ugi czas, ale mia\u0142y nieco wi\u0119cej szcz\u0119\u015bcia.<\/p>\n\n\n\n

Ich pocz\u0105tki r\u00f3wnie\u017c si\u0119gaj\u0105 lat 60. ubieg\u0142ego wieku. Min\u0119\u0142o \u0107wier\u0107 wieku, a w po\u0142owie lat 80. odkryto, \u017ce ich wydajno\u015b\u0107 znacznie poprawia koks naftowy (p\u00f3\u017aniej zast\u0105piony grafitem). Kolejna dekada min\u0119\u0142a, gdy odkryto, \u017ce ich trwa\u0142o\u015b\u0107 poprawia w\u0119glan etylenu (elektrolit, kt\u00f3ry jest sta\u0142y w temperaturze pokojowej).<\/p>\n\n\n\n

Dopiero wtedy, pod koniec ubieg\u0142ego wieku, rozpocz\u0119\u0142a si\u0119 rewolucja, kt\u00f3ra umo\u017cliwi\u0142a zasilanie smartfon\u00f3w i samochod\u00f3w elektrycznych. Za to tw\u00f3rcy tych baterii, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham i Akira Yoshino otrzymali w 2019 roku Nagrod\u0119 Nobla w dziedzinie chemii<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Je\u015bli mo\u017cliwe b\u0119dzie rozpocz\u0119cie produkcji ogniw litowo-siarkowych na skal\u0119 przemys\u0142ow\u0105, rewolucja ta przyspieszy. Na\u0142adowana bateria w smartfonie wytrzyma trzy dni (kto wie, mo\u017ce nawet cztery). Akumulatory pojazd\u00f3w elektrycznych mog\u0105 by\u0107 o po\u0142ow\u0119 l\u017cejsze, a mimo to osi\u0105ga\u0107 dwukrotnie wi\u0119kszy zasi\u0119g. Mo\u017cliwe b\u0119dzie magazynowanie wi\u0119kszej ilo\u015bci energii s\u0142onecznej i wiatrowej – czego \u015bwiat bardzo potrzebuje.<\/p>\n\n\n\n

\u015arodowisko i ludzie wydobywaj\u0105cy kobalt r\u00f3wnie\u017c odetchn\u0105 z ulg\u0105. W bateriach litowo-jonowych kobalt jest niezb\u0119dny. Jego wi\u0119kszo\u015b\u0107 wydobywana jest w dorzeczu Konga w Afryce.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Wi\u0119cej artyku\u0142\u00f3w na ten temat: <\/p>\n\n\n\n

Nasz artyku\u0142 o wydobyciu litu <\/a><\/p>\n\n\n\n

Recykling zu\u017cytych baterii<\/a><\/p>\n\n\n\n

Energia odnawialna<\/a><\/p>\n\n\n\n

Rewolucja, niestety nie bezkrwawa<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

W tropikalnych lasach dorzecza Konga, afryka\u0144skiej Amazonii, \u017cyje ponad tysi\u0105c gatunk\u00f3w ptak\u00f3w, 700 gatunk\u00f3w ryb i 400 ssak\u00f3w. Jest to wyj\u0105tkowe siedlisko s\u0142oni, hipopotam\u00f3w, goryli g\u00f3rskich i najwi\u0119kszej populacji szympans\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Niestety dla nich, ziemie te s\u0105 bardzo bogate w rzadkie i cenne metale – w tym kobalt, niezb\u0119dny do produkcji naszych baterii. Lasy s\u0105 wycinane pod kopalnie, a zwierz\u0119ta trac\u0105 swoje naturalne siedliska.<\/p>\n\n\n