Conot Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport Naložba v vašo prihodnost

Sklop: Litijeve tehnologije

Uvod

Litij je kemijski element z atomskim številom 3, sestavljen iz treh protonov in elektronov in štirih nevtronov. Spada med najmanj reaktivno alkalijsko kovino, ki pa se kljub temu v stiku z vodo brez težav oksidira v litijev hidroksid. Na zraku je neobstojen, saj nemudoma reagira s kisikom. Zaradi visoke reaktivnosti ga je potrebno hraniti v atmosferi brez prisotnosti vode in kisika. Litij je tudi edina kovina, ki pri normalnih pogojih z dušikom tvori nitrid. Tvori mnogo anorganskih soli, kot so LiF, LiCl, LiBr, LiI. Z borom in vodikom tvori močan reducent LiBH4, ki se pogosto uporablja v organski sintezi. Ker lahko tvori vez z ogljikom, so litijeve organske spojine tega tipa močne baze in nukleofili. Litijeve spojine obsegajo zelo širok spekter industrijske uporabe, kot so pirotehnika, optika, čiščenje zraka, vojaška, vesoljska in jedrska industrija. V zadnjih letih je ogromno pozornosti deležna uporaba litijevega kemizma v baterijah, ki si danes utirajo pot tudi v avtomobilski industriji.


Eden od učinkovitih načinov avtonomne oskrbe z energijo je uporaba baterijskih akumulatorjev. Pomen tega koncepta v zadnjem času izrazito narašča, kar se kaže v postopnem prehodu z uporabe akumulatorjev v majhnih porabnikih (igrače, fotoaparati, prenosni telefoni, laptop računalniki) v precej večje porabnike: večina avtomobilskih proizvajalcev namreč že načrtuje ne le izdelavo hibridnih avtomobilov, ampak tudi avtomobilov na izključno električni pogon.

Električni pogon je možen na dva načina:
a) z uporabo velikih akumulatorjev ali
b) z uporabo vodikove tehnologije (gorivnih celic), ki pa spet vključuje tudi akumulatorje in superkondenzatorje (recimo na osnovi litijeve tehnologije).
Z drugimi besedami: ni električnega pogona brez baterijsko-kondenzatorskih sklopov. Enako velja za nekatere stacionarne sisteme.  

Od vseh baterijskih sistemov za široko uporabo v avtonomnih sistemoih so najbolj obetavne litijeve tehnologije. Litijevi sistemi imajo daleč največjo energijsko gostoto, nimajo spominskih efektov in imajo majhno stopnjo samopraznjenja. Za široko uporabo kot pogonski vir pa je potrebno še povečati energijsko gostoto, znižati ceno in povečati varnost delovanja.


Poleg baterijskih sklopov za avtonomno oskrbo z energijo potrebujemo tudi kondenzatorske sisteme, ki so sposobni hitro shranjevati viške energije (ki nastane, denimo pri zaviranju avtomobila). Najbolj obetavni kondenzatorski sistemi so tako imenovani »superkondenzatorji«, ki elektrokemijsko shranjujejo energijo na faznih mejah trdno-tekoče. Tudi superkondenzatorje lahko izdelamo s pomočjo litijevih tehnologij. V zadnjem času je prišlo do več izumov, ki pravzaprav kombinirajo baterijski in superkondenzatorski princip: ista naprava služi kot kondenzator (za hitro shranjevanje energije), kondenzirano energijo pa potem v daljšem časovnem intervalu shrani v obliki baterijskega shranjevanja (v volumnu-bulku snovi). Tudi takšni moderni principi so predmet tega sklopa.
Kot omenjeno v uvodu, bomo električno energijo za polnjenje akumulatorjev dolgoročno pridobivali iz sončne energije. V tem CO se osredotočamo na razvoj Graetzlovih celic, ki naj bi v naslednji generaciji naprav presegle lastnosti obstoječih silicijevih tehnologij. Alternativno predlagamo izrabo termične energije sonca.

Presek med obema sklopoma (litijeve in vodikove tehnologije) predstavljajo dejavnosti parnerjev FS, TEŠ in HSE. Omenjeni partnerji sodelujejo s horizontalnim demonstracijskim projektom, ki bo pokazal alternativni način pokrivanja potrebe po energiji: uporabiti energijo obstoječih elektrarn v Sloveniji za potrebe po električni energiji in vodiku v obeh glavnih podsklopih.



Shematski prikaz aktivnosti v podsklopu Litijeve tehnologije.

RRP v okviru delovnega sklopa Litijeve tehnologije:

RRP 1: Sol-gel funkcionalizirane ionske tekočine
RRP 2: Večfunkcionalne spektralno selektivne barve
RRP 3: Vpliv nanoarhitekture na delovanje kompozitnih elektrod
RRP 4: Litijeva baterija s povečano energijsko gostoto
RRP 5: Litijeve hibridne baterijsko-superkondenzatorske naprave
RRP 6: Izdelava demonstracijskega prototipa kombinirane avtonomne naprave baterijski akumulator-sončna celica
RRP 7: Izdelava prototipa upogljive sončne celice
RRP 8: Raziskave grafena za litijeve tehnologije


kemijski inštitut institut jožefa stefana univerza v novi gorici domel, d.d. inea d.o.o. razvojni center za vodikove tehnologije - rcvt mebius d.o.o. termoelektrarna šoštanj holding slovenskih elektrarn, d.o.o. petrol d.d. silkem, d.o.o. fakulteta za strojništvo, univerza v ljubljani iskra tela d.d. cinkarna celje, d.d. Ljubljanska univerza Image Map