Marknaden för litiummetallbatterier får ett ständigt växande intresse på grund av litiums ökade energitäthet jämfört med grafitanoder. Detta kan vara särskilt viktigt inom en av huvudapplikationerna för denna teknik, elfordonsmarknaden, som för närvarande representerar den största sektorn för global batteriefterfrågan, som IDTechEx förväntar sig överstiga 1000GWh i år.
IDTechEx rapport, ”Lithium Metal Batteries 2025-2035: Technology, Players, and Forecasts”, undersöker de olika litiumbatterityperna som når kommersialisering, inklusive solid-state och litium-metall med flytande elektrolyt deras huvudsakliga tillämpningar, och fördelarna och nackdelarna med var och en.
Högenergi litiumjonanodteknologier
Konventionella grafitanoder är etablerade som ett pålitligt val och mogen batterikemi, men de börjar visa sig oförmögna att nå högre prestandanivåer där det är nödvändigt för att utveckla batteriapplikationer. IDTechEx rapporterar också vissa farhågor kring säkerhet och materialtillgänglighet, vilket innebär att även om de kan vara lättare att tillverka än vissa växande alternativ, kan batteriföretagens uppmärksamhet vara bättre fokuserad någon annanstans.
Solid-state-batterier som använder fast elektrolyt är kända för sina förbättrade säkerhetsegenskaper och höga energitäthet och kan göra att litium kan användas som anod på ett säkrare sätt än vad som tidigare varit möjligt. Svårigheten med fast tillstånd kommer med tillverkningsprocesserna och uppgiften att helt eliminera flytande elektrolyt.
Flytande-elektrolyt litium-metallbatterier är också kända för sina höga energidensiteter och är lättare att tillverka än solid-state. Nackdelarna med dessa speciella batterikemi är deras låga livslängd och dåliga stabilitet och säkerhet, vilket gör dem till ett mindre gynnsamt alternativ särskilt för EV-applikationer.
Silikonanodbatterier har varit ett annat favoriserat alternativ på batterimarknaden på grund av deras ökade säkerhet i kombination och återigen god energitäthet. Även om initiala kostnader under tidig kommersialisering kan vara höga, kan de så småningom bli tillgängliga till ett genomförbart pris, vilket innebär att den potentiellt komplexa materialproduktionen bara kan löna sig.
Litiumdendriter och bibehåller prestanda
Litiumdendriter har varit en av huvudorsakerna till en långsammare användning av litiumbatterier, som uppstår som ett resultat av att metallen reagerar med elektrolyten. Dendriter kan orsaka att det bildas fickor av dött litium i elektrolytskiktet med tiden, vilket leder till förlust av aktivt material i batteriet och en minskad livslängd som ett resultat. Dendriter kan också potentiellt passera från anoden till katoden, vilket skapar en kortslutning. Även om tillvägagångssätt som beläggning av separatorn kan vidtas för att förhindra att detta händer, rapporterar IDTechEx att detta i slutändan skulle leda till ökade tillverkningskostnader, vilket ställer frågan om de potentiella negativa effekterna av litiummetallanoder kan uppväga de positiva.
Tryck, temperatur och laddning-urladdning är alla andra faktorer som kan spela en roll för att hålla litiummetallbatterier i bästa form. De kan fungera bäst i en miljö med högre tryck, så moduljusteringar kan göras för att upprätthålla detta erforderliga tryck. På samma sätt kommer att hålla batterierna vid högre temperaturer och ladda dem långsammare under en längre period också bidra till att förhindra nedbrytning. Men detta kanske inte alltid är genomförbart, så valet att använda litiummetallbatterier beror mycket på applikationen.
Ett bredare fokus för litiummetall
IDTechEx rapport innehåller detaljerad benchmarking av olika typer av litiummetallteknologier, jämför deras beredskap för kommersialisering, specifik energi, energitäthet, effekt, livslängd, kostnad och säkerhet. Rapporten fokuserar också på olika val av katoder som kan användas med litiummetall för att bestämma batteriets effektivitet.
För mer information, besök IDTechEx rapport, ”Lithium Metal Batteries 2025-2035: Technology, Players, and Forecasts”, och den bredare portföljen av forskningsrapporter och prenumerationer för batterier och energilagring.
Bild: Chris
