A Guide to Recent Battery Advances
Battery breakthroughs could lower costs and improve
performance
for electric vehicles and renewable energy storage--but
commercializing these new technologies will be challenging.
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Electric vehicles, hybrids, and renewable energy have
at least one thing
in common--if they're ever going to be more widely used,
representing the
majority of cars on the road or a large share of electricity
supply, batteries
need to get significantly better. Batteries will need to store
more energy,
deliver it faster and more reliably, and ultimately, cost far
less. The specific
ways batteries need to improve vary by the application,
but in all these areas,
researchers have been making significant headway.
Last week, MIT researchers led by Yang-Shao Horn
, a professor of materials
science and engineering and mechanical engineering,
and Paula Hammond,
a professor of chemical engineering, announced a new
approach to
high-power lithium-ion batteries, the type that's useful
for hybrid vehicles
or for stabilizing the electricity grid. High-power batteries
accept and deliver
charge rapidly. In hybrids, the goal is to supplement the
gasoline engine,
allowing it to run at its most efficient. The battery drives
the car at low speeds
for short distances and boosts acceleration, lowering
demand on the engine.
It also captures energy from braking that would
otherwise be lost as heat.
For the electricity grid, such batteries could buffer
changes in supply and
demand of electricity--something that's becoming
more important as more
variable sources of electricity are introduced, such
as wind and solar power.
The MIT researchers demonstrated a new
battery electrode,
based on specially treated carbon nanotubes, that last for
thousands of cycles without any loss in performance.
Batteries made from
these electrodes could deliver enough power to propel
large delivery vans or
garbage trucks, for example, without the batteries being
too heavy to be
practical. (The researchers need to increase the
thickness of the electrodes
for them to be practical in these applications.)
Companies such as A123
Systems, based in Watertown, MA, have also developed
very high-power
lithium-ion batteries, and other academic groups and
startups are
developing carbon nanotube-based ultracapacitors, which store
energy
using a different mechanism than batteries that's
particularly useful for
high power and long life.
While the new electrodes could eventually be useful
for hybrids, and for
stabilizing the grid, they aren't particularly good for
other applications
such as all-electric vehicles. For electric vehicles,
the total amount of
energy that batteries store is more important than
how fast that energy
can be delivered, since it's the total amount that
determines how far
these cars can travel between charges. The MIT
researchers who
developed the new carbon nanotube electrodes are
different type of battery to store large amounts of
energy. Called a
lithum-air battery, where one of a battery's two
electrodes is replaced
by an interface with the air, the technology has
recently attracted large
amounts of government funding and interest from
companies such as IBM.
In theory, such batteries could store three times as
much energy as
conventional lithium-ion batteries. But the design
has a number of problems
that make it hard to commercialize, among the
vulnerability of its active
materials to moisture (the lithium metal it uses can
catch fire if it gets wet)
and the batteries' tendency to stop working after
being recharged just a
few times.
Um Guia para Avanços recentes da bateria
Avanços da bateria podem reduzir os custos e melhorar o desempenho
para veículos elétricos e armazenamento de energia renovável - mas
comercialização de novas tecnologias será um desafio.
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KEVIN Bullis
Terca-feira, 29 de junho, 2010
Veículos elétricos, híbridos e de energia renovável têm pelo menos uma coisa
em comum - se eles estão indo cada vez a ser mais amplamente utilizado,
representando o
maioria dos carros na estrada ou uma grande parte do fornecimento de
electricidade, baterias
precisa obter significativamente melhor. Baterias terão de armazenar
mais energia,
entregá-lo mais rápido e confiável, e, finalmente, custam bem menos.
O específico
maneiras baterias precisam melhorar variam de acordo com a aplicação,
mas em todas essas áreas,
investigadores têm vindo a fazer progressos significativos.
Na semana passada, pesquisadores do MIT liderados por Yang Shao-Horn,
um professor de materiais
ciência e engenharia e engenharia mecânica, e Paula Hammond,
professor de engenharia química, anunciou uma nova abordagem para
alta potência de lítio-íon, o tipo que é útil para veículos híbridos
ou para a estabilização da rede de electricidade. De alta potência baterias
aceitar e entregar
carregar rapidamente. Em híbridos, o objetivo é complementar o motor a gasolina,
permitindo que ele seja executado no seu mais eficiente. A bateria dirige o
carro em baixas velocidades
para distâncias curtas e aceleração aumenta, diminuindo a demanda do motor.
Ele também capta a energia de travagem, que de outro modo seria perdida
na forma de calor.
Para a rede de eletricidade, essas baterias podem amortecer as mudanças
na oferta e
demanda de eletricidade - algo que está se tornando mais importante
quanto mais
fontes variáveis de eletricidade são introduzidas, como a energia eólica e solar.
Os pesquisadores do MIT demonstraram um eletrodo de bateria nova,
baseado em nanotubos de carbono tratados especialmente, que duram
milhares de ciclos, sem qualquer perda de desempenho. Feitos a partir de baterias
esses eletrodos poderia fornecer energia suficiente para impulsionar entrega
vans grandes ou
camiões de lixo, por exemplo, as baterias sem ser demasiado pesada para ser
prático. (Os investigadores têm de aumentar a espessura dos eléctrodos
Para que elas sejam práticos nestas aplicações.) Empresas como a A123
Sistemas, com base em Watertown, MA, também desenvolveram muito alta
potência
lítio-íon, e outros grupos acadêmicos e startups são
desenvolvimento de nanotubos de carbono baseados ultracapacitors,
que armazenam energia
através de um mecanismo diferente do que as baterias que é particularmente
útil para
alta potência e vida longa.
Enquanto os novos eletrodos poderia eventualmente ser útil para os
híbridos, e para
estabilizar a rede, eles não são particularmente boas para outras aplicações
como todos os veículos eléctricos. Para os veículos eléctricos, a
quantidade total de
energia que a loja de baterias é mais importante do que a velocidade
de energia que
pode ser entregue, já que é o valor total que determina o quão longe
estes carros podem viajar entre as cargas. Os pesquisadores do MIT que
desenvolveu os eletrodos de nanotubos de carbono novos também estão
desenvolvendo um
tipo diferente de bateria para armazenar grandes quantidades de energia.
Chamado de
lítio-ar da bateria, em que um de uma bateria de dois eléctrodos é substituído
por uma interface com o ar, a tecnologia tem atraído recentemente grande
montantes de financiamento do governo e de interesse de empresas como a IBM.
Em teoria, tais baterias podem armazenar três vezes mais energia como
convencionais de lítio-íon. Mas o desenho tem um certo número de problemas
que o tornam difícil de comercializar, entre a vulnerabilidade de seu ativo
materiais à umidade (o metal de lítio usa pode pegar fogo se molhar)
e tendência das baterias de parar de trabalhar depois de ser recarregada apenas um
algumas vezes