Cái nhìn tổng quan về tương lai của việc lưu trữ năng lượng di dộng

Một câu chuyện về sự nghiên cứu thành công trên toàn cầu:
chiến thắng của pin lithium-ion

Trong suốt lịch sử, các công nghệ đã xuất hiện có tác động sâu sắc đến cuộc sống của con người , pin lithium-ion là một trong số đó. Trình điều khiển ban đầu của công nghệ này đến từ các thiết bị giải trí điện tử của những năm 1970, khi cuộc tìm kiếm bắt đầu thay thế cho pin dùng một lần được sử dụng trong máy Walkmans và tương tự. Người ta đã nhanh chóng nhận ra rằng pin lithium-ion có tiềm năng lớn vì chúng đầy năng lượng, kích thước nhỏ gọn và không dễ bị ảnh hưởng bởi bộ nhớ. Mặc dù có một số vấn đề: chúng rất dễ cháy và dễ bị đoản mạch bên trong phần tử. Các nhà khoa học đã phải giải quyết những vấn đề này. Một bước đột phá quyết định đã xuất hiện ở mẫu nghiên cứu của John B Goodenough (Hoa Kỳ), M Stanley Whmitham (Anh) và Akira Yoshino (Nhật Bản), người đã nhận giải thưởng Nobel về hóa học năm 2019. Pin lithium-ion có thể sạc lại đầu tiên được sản xuất vào năm 1983 và được Sony tung ra thị trường vào năm 1991. Kể từ đó, chúng là vô địch, theo thống kê: năm 2019, thị trường toàn cầu có giá trị xấp xỉ 40 tỷ euro. Điều này dự kiến sẽ tăng lên 60 tỷ euro vào năm 2022.

Từ âm nhạc đến thiết bị di động đến việc làm sạch công nghiệp:
pin cải thiện hệ thống ở tất cả mọi nơi.

Xem xét về điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số, máy tính xách tay hoặc đèn pin của bạn: hầu như không có thiết bị điện tử nào không chạy bằng pin lithium-ion ngày nay. Công nghệ này nhẹ hơn, nhỏ hơn và cung cấp công suất và hiệu suất cao hơn so với pin hydride kim loại niken-cadmium hoặc niken tiêu chuẩn. Đây là một yếu tố quan trọng đối với các thiết bị thực tế như dụng cụ điện, thiết bị làm vườn, máy hút bụi và những thứ tương tự - trong cả môi trường nội địa và thương mại. Điện từ cũng là một chủ đề được quan tâm. Pin lithium-ion có thể được kết nối với nhau, có nghĩa là một số có thể được kết nối với nhau để tạo thành một bộ năng lượng. Kỹ thuật này được sử dụng trong tất cả các loại phương tiện, từ xe đạp điện, xe máy điện và xe Segway cho đến xe hybrid, xe điện và xe buýt. Ngay cả trong quang điện, pin lithium-ion đã chứng minh rằng chúng hữu ích cho việc lưu trữ năng lượng do kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao và ít yêu cầu về bảo trì.

Hôm nay: Pin lithium-ion. Ngày mai…?
Chúng ta sẽ hướng về cái gì?

Công nghệ lithium-ion có mặt ở khắp mọi nơi ngày nay và đã thực hiện các giải pháp bền vững ở một số khu vực. Nó sẽ rất khó để thay thế. Tuy nhiên, phương tiện di chuyển bằng điện là một trong những yêu cầu đang làm tăng nhu cầu lưu trữ năng lượng mạnh mẽ đến mức công nghệ này có thể sẽ không thể tự đáp ứng được. Chưa kể các vấn đề như hiệu suất cao hơn và chu kỳ sạc ngắn hơn, việc này có thể được giải quyết tốt hơn bằng cách sử dụng các công nghệ khác, mặc dù vẫn còn một số tiềm năng để phát triển trong các phần tử pin lithium-ion. Cuối cùng, sự sẵn có của các nguyên liệu thô - chủ yếu là coban và lithium - sẽ trở thành vấn đề trung hạn.

Do đó, việc tìm kiếm các lựa chọn thay thế đang được tiến hành. Một lựa chọn là pin điện phân trạng thái rắn, không chứa chất lỏng, chỉ là chất điện phân trạng thái rắn làm chất dẫn điện. Dự kiến sẽ đạt được phạm vi tối thiểu 500 km cho xe điện và sạc chỉ trong vài phút. Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào vật liệu và kỹ thuật sản xuất. Một lựa chọn khác là pin magiê, dự kiến sẽ mạnh hơn, rẻ hơn và an toàn hơn so với pin lithium-ion hiện tại. Chưa kể rằng magiê phổ biến hơn gấp ngàn lần so với lithium làm nguyên liệu thô. Và nó dễ dàng hơn để tái chế.

Chúng ta có cần sử dụng pin ở khắp mọi nơi?

Từ góc độ bền vững, có những ưu và nhược điểm đối với công nghệ lithium-ion. Một mặt, nó được sử dụng cho các mục đích như xe điện và lưu trữ năng lượng để lấy năng lượng từ hệ thống quang điện - các bước quan trọng hướng tới một tương lai thân thiện với môi trường hơn. Mặt khác, pin hiện đang được sử dụng với rất ít hạn chế. Điều này trái với tiến bộ của chúng tôi đối với việc sử dụng tài nguyên có trách nhiệm. Tái chế là một vấn đề xa hơn vì các phương pháp hiện tại không đủ để đối phó với số lượng lớn phương tiện di chuyển dùng pin ngoài kia.

Người ta dự đoán rằng coban và các vật liệu khác sẽ sớm bị ít lại, vì vậy các giải pháp đang được tiến hành. Nhiệt hạch, ví dụ, có thể được sử dụng để thu hồi coban, niken và đồng. Một cách tiếp cận khác là cắt nhỏ pin dễ cháy trong môi trường khí nitơ. Những gì còn lại là vật liệu vụn, từ đó chúng ta có thể tái chế than chì, mangan, niken và coban. Pin sau đó có thể được tái sản xuất với lượng khí thải carbon thấp hơn 40% so với sản xuất pin mới từ đầu. Có nhiều biến thể khác về chủ đề nhưng mục tiêu là như nhau - bảo tồn năng lượng và tái sử dụng với tỷ lệ lớn nhất có thể của các nguyên liệu thô.

Chương trình Cuộc sống thứ hai có một cách tiếp cận khác, sử dụng pin cũ để lưu trữ năng lượng tĩnh. Pin trong xe điện không còn hoạt động đủ tốt để đáp ứng các yêu cầu về phạm vi sau tám hoặc chín năm nên chúng phải được thay thế - nhưng chúng vẫn hoạt động. Do đó, các nhà sản xuất ô tô khác nhau có ý định sử dụng các loại pin này trong một cửa hàng năng lượng cố định lớn.

Có rất nhiều thứ đang diễn ra với công nghệ pin, và hành trình đến tương lai sẽ là một điều đặc biệt: thú vị.

KÄRCHER VÀ CÔNG NGHỆ PIN:

04 câu hỏi dành cho tiến sĩ Jan Becker, quản lý mô-đun trung tâm hệ thống lưu trữ năng lượng của chúng tôi

Kärcher đã lần đầu tiên giới thiệu các thiết bị dùng pin đến công chúng khi nào?

Chúng tôi đã có các sản phẩm dùng pin trong danh mục đầu tư của chúng tôi trong hơn 30 năm - và chúng cung cấp tất cả các lợi điểm thông thường. Chúng tôi luôn tự đòi hỏi sự hoàn thiện về ứng dụng của chúng có ý nghĩa nhất đối với khách hàng của chúng tôi và cách tiếp cận các thách thức kỹ thuật.

Với Vũ trụ pin Kärcher, giờ đây bạn sẽ ra mắt hai nền tảng pin mới. Trọng tâm trong việc phát triển những điều này là gì?

Có một số yếu tố quan trọng cần lưu ý - bao gồm tăng hiệu suất và thời gian chạy, và màn hình chính xác hiển thị thời gian sạc và thời gian còn lại xuống đến từng phút. Chúng tôi có sẵn pin 18 V và 36 V với các dung lượng khác nhau. Tất cả các pin trong cùng một tầng điện áp phù hợp với mọi thiết bị.

Những sản phẩm nào sẽ có sẵn?

Trong dải sản phẩm Home & Garden, các sản phẩm pin mới đã có mặt trên thị trường kể từ mùa xuân năm 2019. Bao gồm máy rửa áp lực trung bình, máy hút bụi khô-ướt và các dụng cụ làm vườn khác nhau. Dải hàng chuyên nghiệp của chúng tôi sẽ được ra mắt vào năm 2020 và bao gồm máy hút bụi khô-ướt, cũng như các công cụ chuyên nghiệp để duy trì không gian xanh. Và chúng tôi là công ty đầu tiên trên thế giới tung ra máy làm sạch áp suất cao chạy bằng pin cho mục đích thương mại.

Pin lithium-ion sẽ còn tồn tại trong một thời gian, nhưng các công nghệ tiếp theo đã có trong danh mục chuẩn bị. Phản ứng của Kärcher như thế nào?

Các nền tảng của chúng tôi được thiết kế để có thể dễ dàng thích ứng với các công nghệ phần tử mới. Đó là một cách quan trọng mà chúng tôi có thể cung cấp cho khách hàng của mình các giải pháp trong tương lai.