Правительственные исследователи стремятся к лучшему

Исследователи Министерства энергетики сотрудничают с производителями аккумуляторов, чтобы помочь им найти новые способы изготовления дешевых аккумуляторов, способных хранить много энергии.

Министерство энергетики расширяет партнерские отношения с производителями аккумуляторов, чтобы помочь им модернизировать дизайн и снизить стоимость будущих аккумуляторов.

В число компаний входят Samsung Electronics Co. Ltd. и Panasonic Corp., и эти усилия направлены на то, чтобы помочь Соединенным Штатам конкурировать с другими странами на фоне растущего глобального спроса на более качественные аккумуляторы. Потребность в более экономичных батареях возросла вместе с развитием электромобилей и возобновляемых источников энергии, которые используют эту технологию.

Большая часть исследований Министерства энергетики сосредоточена на материалах, например, на поиске новых способов создания дешевых батарей, способных хранить много энергии. Эти шаги, изложенные в отчете «Энергия будущего», опубликованном на прошлой неделе NREL, могут помочь снизить зависимость аккумуляторов от дефицитных импортных материалов за счет изменения конструкции аккумуляторов, чтобы ограничить их потребность в кобальте, графите и никеле.

Использование кремния — твердого, хрупкого, кристаллического элемента, который широко распространен в Соединенных Штатах и ​​во всем мире — «вероятно, станет следующим большим событием», — сказал Мэтт Кейзер, глава группы электрохимического хранения энергии в NREL в Голден, Колорадо.

Поскольку кремний может хранить в четыре-пять раз больше электроэнергии, чем графит, который обычно используется в батареях, этот шаг позволит уменьшить размер и вес аккумуляторных блоков. Это может стимулировать использование батарей в более крупных самолетах, «потому что мы хотим иметь возможность хранить как можно больше энергии при наименьшей массе», сказал Кейзер.

Еще одним многообещающим результатом является то, что размер аккумуляторов электромобилей останется прежним, но запас хода увеличится на 30–40 процентов.

«Мы еще не достигли цели», — сказал Кейзер, отметив, что использование лития приводит к образованию трещин в кремнии, сокращая срок его хранения. «Еще три-пять лет, и я думаю, нам это удастся».

Частично эта уверенность, согласно отчету NREL, исходит от мощных новых сканеров и компьютеров, которые помогают инженерам обнаруживать и отслеживать микроскопические изменения в экспериментальных батареях.

Другая часть связана с предстоящими изменениями в конструкции, которые позволят производителям батарей заменять определенные материалы в существующих батареях и перерабатывать их, вместо того, чтобы измельчать старые батареи, когда их энергоемкость снижается.

Батареи требуют сложного взаимодействия материалов для создания и хранения электроэнергии. Они должны иметь отрицательный электрод, называемый анодом, подвешенный внутри электролита, материала, который обычно представляет собой жидкость, которая направляет электрический ток на положительный электрод, называемый катодом.

Команда разработчиков аккумуляторов в NREL сосредоточена на использовании различных смесей лития в сочетании с другими материалами как в аноде, так и в катоде. При этом, по словам Кейзера, они находят способы уменьшить содержание кобальта и графита, которые являются дорогостоящими.

«Прогресс сводится к тому, чтобы убедиться, что различные компоненты внутри элемента хорошо взаимодействуют друг с другом», — сказал Тони Баррелл, еще один эксперт по материалам NREL, работающий в команде по производству аккумуляторов. В отчете группы он отметил, что неблагоприятное поведение некоторых недавно появившихся материалов, таких как кремний, снижается с помощью защитных покрытий.

Перепечатано из E&E News с разрешения POLITICO, LLC. Авторские права принадлежат 2023 г. E&E News предоставляет важные новости для специалистов в области энергетики и окружающей среды.

Джон Вайолетрепортер E&E News.

Лорен Дж. Янг

Люк Тейлор и журнал Nature

Челси Харви и E&E News

Тим Верниммен и журнал Knowable Magazine

Диана Рейсс | Мнение

Манон Бишофф