Ett lovande tillvägagångssätt involverar användningen av fasta elektrolyter istället för flytande elektrolyter. Solid-state elektrolyter är icke brandfarliga och kan arbeta vid högre temperaturer, vilket potentiellt ökar batteriernas säkerhet och livslängd. Dessutom kan elektrolyter i fast tillstånd möjliggöra användningen av litiummetallanoder, som har en högre energitäthet än traditionella grafitanoder.
Forskningsutmaningar:
- Utveckla fasta elektrolyter med hög jonledningsförmåga
- Säkerställer god kontakt mellan elektrolyten i fast tillstånd och elektroderna
- Ta itu med problem relaterade till batteriförsämring och livslängd
Möjliga fördelar:
- Ökad energitäthet och förbättrad säkerhet jämfört med nuvarande litiumjonbatterier
- Längre livslängd och bredare driftstemperaturområde
- Minskad risk för termisk rusning och bränder
Tidslinje:
– Forsknings- och utvecklingsinsatser pågår, med några solid-state litium-metallbatterier som redan når pilotproduktionsstadiet.
– Kommersialisering väntas i mitten till slutet av 2020-talet.
Litium-svavelbatterier
Litium-svavelbatterier erbjuder potential för ännu högre energitäthet än litiumjonbatterier, på grund av den höga teoretiska specifika kapaciteten hos svavel (1675 mAh/g). Svavel är också rikligt och billigt, vilket gör det till ett attraktivt katodmaterial.
Utmaningar:
- Svavel genomgår komplexa elektrokemiska reaktioner under laddning/urladdning, vilket leder till att kapaciteten bleknar och minskar livslängden.
- Upplösningen av polysulfidmellanprodukter kan orsaka problem med batteriets stabilitet och prestanda.
- Dålig elektrisk ledningsförmåga av svavel kräver användning av ledande tillsatser.
Möjliga fördelar:
- Betydligt högre energitäthet än nuvarande litiumjonbatterier
- Lägre kostnad på grund av användningen av svavel som katodmaterial
- Potential för längre livslängd och förbättrad säkerhet
Tidslinje:
– Forsknings- och utvecklingsinsatser pågår, med några litium-svavelbatterier som visar lovande prestanda i laboratorietester.
– Kommersialisering kan ta flera år till då utmaningar relaterade till stabilitet och livslängd måste övervinnas.
Litium-luftbatterier
Litium-luftbatterier har potential att uppnå extremt höga energidensiteter, eftersom de använder syre från luften som katodmaterial. Detta kan möjliggöra betydande vikt- och volymminskningar jämfört med traditionella litiumjonbatterier.
Forskningsutmaningar:
- Litium-luftbatterier är mycket känsliga för fukt och föroreningar i luften, vilket leder till stabilitets- och säkerhetsproblem.
– Laddningsprocessen innebär att litiumdendriter bildas, vilket kan orsaka kortslutningar och batterifel.
- Cykellivslängden och reversibiliteten för syrereduktionsreaktionen måste förbättras.
Möjliga fördelar:
- Oöverträffad energitäthet, potentiellt revolutionerande elfordons räckvidd och kapacitet för bärbara enheter
- Användning av rikligt och fritt tillgängligt syre från luften som katodmaterial
Tidslinje:
– Litium-luftbatterier är fortfarande i ett tidigt skede av forskning och utveckling. Betydande utmaningar måste lösas innan de kan övervägas för kommersiella tillämpningar.
