A lítium-titanát akkumulátor technológia áldás az energiatárolási piacon

A lítium-ion akkumulátort (LiB) széles körben használják különféle elektronikus berendezésekben, elektromos járművekben (EV) és energiatároló alkalmazásokban. Ebben a technológiában elektromos energia keletkezik, amikor lítium-ionokat szállítanak az egyik elektródáról a másikra.

A töltési és kisütési ciklusok során az elektronok áramlása elektromos áramot generál. A LiB jelentős aktív elektródákat és éghető elektrolitot tartalmaz. A túltöltés vagy a belső rövidzárlatok hőt termelnek a cellában, ami növeli a veszélyes hőkifutási reakciók előfordulását. Ez az egyik kihívás a LiB alkalmazások nagyarányú elterjedése előtt. A LiB néhány kihívása megoldható lítium-titanát akkumulátorokkal.

A lítium-titanát vagy lítium-titanát-oxid akkumulátor a LiB továbbfejlesztett változata, amely lítium-titanát nanokristályokat használ szén helyett az anód felületén. A lítium-titanát nanokristályok lehetővé teszik, hogy az anód körülbelül 100 négyzetméter/gramm felületre tegyen szert, míg a szén (grafit) esetében ez csaupán 3 négyzetméter/gramm. Ez lehetővé teszi, hogy az elektronok gyorsan belépjenek az anódba, és gyorsan kilépjenek az anódból. Ez gyorsabb töltési kapacitást tesz lehetővé a lítium-titanátnál, mint a szén esetében.

A lítium-dendritek (olyan fémnyúlványok, amelyek belépnek a szilárd elektrolitba, és végül áthaladnak az egyik elektródáról a másikra, és végül rövidre zárják az akkumulátorcellát) kevésbé valószínű, hogy titanát esetén képződnek.

A hosszú töltési órák mindig is szűk keresztmetszetet jelentettek a közlekedési ágazat, például az elektromos járművek fejlődésében. Általában az elektromos buszokban használt akkumulátor lassan töltődik, a minimális töltési idő pedig körülbelül négy óra.

Az elektromos autók töltési ideje akár nyolc óra is lehet. Az elektromos járművek gyorstöltése a megoldás, mivel a végfelhasználók nem akarnak sok időt vesztegetni a töltéssel.

A lítium-titanát  akkumulátor gyors töltést, hosszú élettartamot és alacsony hőmérsékleti ellenállást kínál. Alkalmas helyi járatú buszokhoz és egyéb kisebb hatótávolságú közlekedési rendszerekhez.

Alkalmazás napelemes készülékekben

A lítium-titanát akkumulátorok magas töltési és kisütési sebességet biztosítanak, ezért alkalmasak olyan rendszerekben, amelyek gyors töltést és nagy áramerősséget igényelnek. Az energiasűrűségük (térfogat egységenként tárolt energia) azonban viszonylag alacsony, ezért a kapacitás növeléséhez nagyméretű rendszerre van szükség. Tehát, ha korlátozott a hely a napelem akkumulátorok számára, jobb lenne egy nagy energiasűrűségű akkumulátortárolót választani, például lítium-vas-foszfát akkumulátort. Kisebb energiaigénynél a lítium-titanát akkumulátor ismét megfelelő lehet, mivel kevesebb napenergiát igényel a töltés. A lítium-titanát akkumulátorok másik előnye, hogy jobban ellenállnak a magas hőmérsékletnek. A lítium-titanát akkumulátorok akkor a legalkalmasabbak a napelemekhez, amikor a ciklus élettartama, a töltési/kisütési sebesség és a biztonság az elsődleges szempont. Az ilyen akkumulátorok energiasűrűsége azonban viszonylag alacsony. Ezenkívül a magas C-arányok (a töltő/kisütési áram osztva a névleges akkumulátorkapacitással) idővel befolyásolják az akkumulátor kapacitását.

A lítium-titanát akkumulátoroknak azonban vannak hátrányai is. A lítium-titanát akkumulátorok a hagyományos LiB-től eltérően alacsony, 2,4 voltos belső töltést mutatnak. Ugyanakkor a hagyományos LiB belső feszültsége 3,7 volt.

A lítium-titanát akkumulátorok alacsony fajlagos energiát indukálnak, körülbelül  30-110 wattórát kilogrammonként. Egyes lítium-titanát akkumulátorok energiasűrűsége azonban körülbelül 177 wattóra kilogrammonként. A lítium-titanát akkumulátorok magas előállítási költsége további hátrány.

Ha hosszabb ideig használják, a lítium-titanát akkumulátorok kis mennyiségű gázt termelnek a cellákban. Ez hátráltathatja a lítium-titanát akkumulátorok piacának növekedését. A piaci érték 2022-ben elérte az 1004,27 millió dollárt. Egy kutatás szerint 2028-ra eléri az 1352,3 millió dollárt, ami az előrejelzési ütemterv szerint 5,08 százalékos összetett éves növekedési rátát ér el.

Az energiatárolási technológiák növekedése a tiszta energiatermelés előmozdításának és a hálózat energiabiztonságának és stabilitásának fokozásának egyik kulcsfontosságú területe. A lítium-titanát-oxid segít áthidalni az akkumulátoros energiatároló technológia és az elektromos hálózat közötti szakadékot.

Az akkumulátor iránti kereslet növekedése megnöveli a kritikus anyagok iránti igényt. 2022-ben a lítium körülbelül 60 százaléka, a kobalt 30 százaléka és a nikkel 10 százalékét termelték elektromos járművek akkumulátorainak gyártásához. 2017-ben ezeknek az ásványoknak a részesedése még csak 15, 10 és 2 százalék körül volt. Ezeknek a kritikus ásványok bányászatának és feldolgozásának gyorsan növekednie kell, hogy támogassa az energetikai átállást és lépést tudjon tartani a tiszta energiatechnológiák iránti kereslettel.

A kritikus anyagok iránti igény csökkentésére lesz szükség az ellátási lánc fenntarthatóságának, rugalmasságának és biztonságának javítása érdekében. A jobb innovációk, mint például a kis mennyiségű kritikus ásványi anyagokat igénylő fejlett akkumulátortárolási technológiák, az optimalizált akkumulátorméretű szállítási modellek elfogadását segítő intézkedések, valamint az akkumulátor-újrahasznosítás későbbi fejlesztése előnyökkel járhat.