Využití lithia v pokročilých technologiích ukládání energie Ladislav Kavan

Podobné dokumenty
Li S akumulátory pro dopravu. Autor: Ing. Tomáš Kazda, Ph.D

Chytrá energie vize české energetiky

Obnovitelné zdroje energie v ČR a EU

Epidemiologie kolorektálního karcinomu v ČR

Chytrá energie. koncept nevládních organizací ke snižování emisí

Kam směřují vyspělé státy EU v odpadovém hospodářství. Kam směřuje ČR potažmo kam chceme nasměřovat v OH náš kraj.

Chytrá energie. koncept nevládních organizací ke snižování emisí. RNDr. Yvonna Gaillyová Ekologický institut Veronica

Srovnání efektivnosti využití slunečního záření pro výrobu elektřiny a výrobu tepla - možnosti solárního ohřevu a podmínky pro vyšší využití

Můžeme se obejít bez jaderné energetiky? Máme na vybranou?

INFORMAČNÍ SPOLEČNOST V ČESKÉ REPUBLICE

Letní škola Občanského institutu Špindlerův Mlýn, 3. července 2009

CESTOU DO SKANZENU? ANEB CO SE CHYSTÁ V ČESKÉ ENERGETICKÉ POLITICE

OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE

Česká republika v mezinárodním srovnání za rok 2010 (vybrané údaje)

Evropské mapování znečištění ovzduší za rok 2005

Baterie minulost, současnost a perspektivy

Akumulátory Li-S. Připravil: Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

INFORMACE Z MONITORINGU TRŽNÍ PRODUKCE MLÉKA

Význam letecké dopravy pro ekonomiku ČR Role letecké dopravy v ekonomice země/multiplikační efekty

Česká republika v mezinárodním srovnání za rok 2009 (vybrané údaje)

Epidemiologie kolorektálního karcinomu v ČR

INFORMACE Z MONITORINGU TRŽNÍ PRODUKCE MLÉKA

Čelíme společným výzvám České zdravotnictví v evropských souvislostech

Příušnice v ČR z hlediska sérologických přehledů, kontrol proočkovanosti a epidemií

Zahraniční hosté v hromadných ubyt. zařízeních podle zemí / Foreign guests at collective accommodation establishments: by country 2006*)

Praha 26. března EUREKA a Eurostars. Aktuální výzvy. The Eurostars Programme is powered by EUREKA and the European Community

Mantra redukce počtu lůžek

Vývoj na trhu rezidenčního bydlení a politika ČNB

Karcinom prostaty v ČR: zátěž, počty pacientů, výsledky léčby

Technický pokrok v oblasti akumulátorových baterií

Úvod do veřejných financí. Fiskální federalismus. Veřejné příjmy a veřejné výdaje

Výsledky a trendy návštěvnosti Zlínského kraje a dalších krajů v roce 2016

Aktuální trendy v akumulaci a fotovoltaice, bariéry rozvoje v ČR. Ing. Pavel Hrzina, Ph.D.

Bytová situace: ČR a země EU

Elektrochemické akumulátory. přehled

Čelíme společným výzvám České zdravotnictví v evropských souvislostech

High Energy 3D Accumulator Vysokokapacitní 3D Akumulátor

Obnovitelné zdroje energie

ARTEMIS & ENIAC výzvy kadlec@utia.cas.cz Tel

Indikátory zdraví a životního prostředí v Evropě (resp. v Evropském regionu WHO) Vladimíra Puklová Centrum hygieny životního prostředí SZÚ

Č. vydání 1 Datum vydání Zpracoval Martin Sklenář

Flexibilita práce a její dopad na genderové rozdíly na trhu práce

Budoucnost finančního sektoru po krizi

Zapojení ČR do H2020 v oblasti výzkumných infrastruktur Technologické centrum AV ČR, Praha

Sekundární elektrochemické články

Epidemiologie zhoubného melanomu v ČR a v Královéhradeckém kraji

MĚŘENÍ CHUDOBY A PŘÍJMOVÁ CHUDOBA V ČESKÉ REPUBLICE

Životní styl a jeho vliv na zdravotní stav populace ČR

AKCE: Přednáška Bezpečnost bioplynových stanic Ing. LubošKotek, Ph.D. dne

EUREKA aeurostars: poradenská činnost a služby pro přípravu a podávání projektů

Historie elektromobil ekonal jako první v z na sv v roce 1899 hranici 100 km/h

Současný stav výroby a spotřeby biopaliv a dosažení cíle podílu nosičů energie z obnovitelných zdrojů v dopravě

Počet hostů / Number of guests. % podíl / % share

AKUMULÁTORY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Aktuální data o zhoubných nádorech v ČR a o výsledcích péče

Důsledky stárnutí obyvatelstva na kvalitu života české společnosti

Uznání, výkon cizí soudní rozhodnutí. z členského státu EU

Kapacity a odměňování zdravotnických pracovníků v segmentu lůžkové péče. První ucelená analýza resortních statistických šetření za rok 2018 a 2019

20ZEKT: přednáška č. 7 Zdroje

Nízka diverzita trhu je hrozbou pro seniory. Petr Skondrojanis, LMC

ELEKTROCHEMIE A KOROZE Ing. Jiří Vondrák, DrSc. ÚACH AV ČR

Dlouhodobá konvergence ve Střední Evropě

POZNÁMKY K PŘÍPRAVĚ NA CHŘIPKOVOU SEZÓNU Z POHLEDU OOVZ

Skladování elektrické energie

Průměrná doba pobytu ve dnech/ Average length of stay. % podíl / % share

Office: Mobile: EUREKA. Česká republika v programech EUREKA a Eurostars Ing. Josef Martinec Praha,

Fiskální krize a potenciál úvěrů. David Navrátil tel.: , dnavratil@csas.cz Ekonomické a strategické analýzy

Jak inteligentně reformovat veřejné finance?

Příprava na pandemii chřipky status quo

lní politiky, zejm. Jiří Rusnok, Prezident APF ČR, Konference ODS, Jihlava, 14.ledna 2010

1. ZPRÁVA O POKROKU V OBLASTI PLNĚNÍ VNITROSTÁTNÍCH CÍLŮ ENERGETICKÉ ÚČINNOSTI V ČESKÉ REPUBLICE

Statistiky k Výzvě 2017 pro Centralizované aktivity

Výroba elektřiny z OZE včetně předpokladu pro rok 2005, 2006 a 2010 [ERÚ]

Přístup veterinárních lékařů k problematice rezistence na antibiotika

Program Eurostars Vyhlášení programu (1)

LEADER jako hnací motor rozvoje venkova

Má smysl o ekonomické problematice nových léků mluvit s nemocnými?

Zdravo'cké prostředky

Transformace. evn nemocné. Mgr. Pavel ían

Aktualizace Státní energetické koncepce

Význam letecké dopravy pro ekonomiku ČR Role letecké dopravy v ekonomice země/multiplikační efekty

OČKOVÁNÍ PROTI MENINGOKOKOVÝM NÁKAZÁM: ZAHRANIČNÍ ZKUŠENOSTI PRYMULA R. FAKULTNÍ NEMOCNICE HRADEC KRÁLOVÉ

Perfektní oprava a zesílení závitů

Čelíme Milan Cabrnoch, Miroslav Ouzký a jejich hosté. Praha, 20. únor 2006

Jaká je současnost a budoucnost podpory OZE z pohledu ERÚ v celosvětovém kontextu

Česká republika v mezinárodním srovnání 2010

Pavel Řežábek. člen bankovní rady ČNB. Ekonomická přednáška v rámci odborné konference Očekávaný vývoj automobilového průmyslu v ČR a střední Evropě

Bateriové systémy pro stacionární úložiště energie. Autor: Tomáš Kazda

EUREKA a Eurostars: nástroje na podporu inovací. Inovace 2014, Praha Svatopluk Halada - AIP ČR halada@aipcr.cz

Výjezdy zaměstnanců VUT v Brně na výukové pobyty ERASMUS. Statistiky za akademický rok 2010/2011

Tvorba ročního jízdního řádu

ídicí panel Ve srovnání s: Stránky Návštěvy Zobrazení stránek 8,93 Stránky/návštěva

PROOČKOVANOST A TRENDY OČKOVÁNÍ V EVROPSKÉM REGIONU ROMAN PRYMULA

Materiální a personální kapacita a inovační aktivita podniků poroste na úroveň technologicky nejvyspělejších zemí.

SPOLEČNÁ ZEMĚDĚLSKÁ POLITIKA PO ROCE 2013

FORMY ČINNOSTI NANOCENTRA

Bytová politika. Ing. arch. Daniela Grabmüllerov. llerová,, MBA Ministerstvo pro místnm. stní rozvoj. Praha, 25.

Dopravní úrazy jako celosvětový problém Globální týden bezpečnosti silničního provozu OSN/WHO. MŠMT MUDr. Alena Šteflová,PhD.

Real Estate Investment 2019

Transkript:

Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd České republiky Využití lithia v pokročilých technologiích ukládání energie Ladislav Kavan kavan@jh-inst.cas.cz J. Heyrovský 1959 http://www.jh-inst.cas.cz Strategie AV, prog. 2.7 Dolejškova 3, Praha 8

(Elektrochemická) akumulace (elektrické) energie: baterie, superkondenzátory, palivové články

Proč Li-baterie?...: Využití lithia (2015) LiOH (ponorky, družice) antidepresiva LiBr (místo freonu) ztužování maziv Li-stearát sklo, keramika Li 2 CO 3 Zdroj: Global Lithium LLC 2016

Humanity s top ten problems for next 50 years 1. Energy 2. Water 3. Food 4. Environment 5. Poverty 6. Terrorism & War 7. Disease 8. Education 9. Democracy 10. Population (Source: WTO)

Světové zdroje energie do r. 2100 Other renewable Annual energy production [EJ/yr 10 18 J/yr] Solar (heat only) Solar (PV and Solar-thermal) wind biomass water nuclear gas coal Source: solarwirtschaft.de oil

AM1.5 (Sun) P = 1 kw/m 2 Wp = P φ A ; (φ 10%) 1.6 kwh/wp/yr Source: Photovoltaic energy barometer 2016 - EurObserv ER1 0.8 kwh/wp/yr Prům spotřeba (CZ): 1400 kwh/capita/rok 1750 Wp (pouze domácnosti) Zdroj/Spotřeba se nekryjí (časově, geograficky). Fluktuace! Solární baterie No. Country Wp/capita (2015) 1 Germany 489.8 2 Italy 311.3 3 Belgium 286.7 4 Greece 241.7 5 Luxembourg 222.0 6 Czech Republic 197.7 7 Malta 170.5 8 Bulgaria 141.7 9 Denmark 94.8 10 Unied Kingdom 137.7 11 Slovenia 124.8 12 Slovakia 109.8 13 Austria 108.9 14 Spain 106.0 15 France 99.1 16 Netherlands 83.1 17 Cyprus 82.0 18 Romania 66.7 19 Portugal 44.3 20 Lithiuania 25.0 21 Sweeden 13.3 22 Croatia 10.6 23 Estonia 3.1 24 Finland 2.7 25 Poland 2.3 26 Latvia 0.8 27 Ireland 0.5

Kolik energie lze uložit v 1 kg hmoty..? 25 TWh/kg (T 10 12 ) H/He jaderná fúze (slunce)...0.2 TWh/kg (D 2 + T 3 = He 4 + n + 17.6 MeV (Li 6,7 + n -> T 3 + He 4 ) 235 U (jaderné štěpení)...25 GWh/kg (G 10 9 ) Světová spotřeba... 20 PWh/yr (P 10 15 ) ( 10 6 kg 235 U/yr) ( 10 6 toe/yr; toe = ton of oil equivalent) 1 toe= 11.63 MWh = 1.42857143 tce

Energetická kapacita materiálů Nosič energie kwh/kg kwh/l Vodík (kap. 23 K) 33 2.4 Vodík (plyn 20 MPa) 33 0.5 Benzín 13 9 Pb-baterie 0.03 0.09 Li-baterie 0.2 0.5 Superkondenzátor 0.005 0.01

Gaston Planté (1834-1889) Objevitel olověného akumulátoru (1859) Gastornis: (pták, paleoncen) 12V, 40 Ah autobaterie: 40 Ah @ C/24 rychlost nabíjení

BATERIE (sekundární; akumulátory) Vodný elektrolyt Olověný akum. Ni-Cd Ni-MH Nevodný elektrolyt Lithium-Ion Lithium-Polymer Napětí 2.0 1.2 1.2 3.7 3.7 Hustota energie (Wh/kg) (Wh/l) 30 100 35 100 75 300 150 400 150 400

Li + Grafit interkalace: C + 1/6 (e - + Li + ) 1/6 LiC 6 E form 0.2 V vs. Li/Li + Q spec = 1340 C/g = 372 mah/g (001) TiO 2 (anatas) inserce: TiO 2 + 1/2 (e - + Li + ) Li 0.5 TiO 2 (101) E form 1.85 V vs. Li/Li + Q spec = 168 mah/g Li Ti O IUPAC definice: Intercalation = non covalent inclusion into laminar hosts G. P. Moss, P. A. S. Smith, D. Tavernier, Pure Appl. Chem. 1995, 67, 1307-1375 Lat.: mensis intercalarius (Julianská/Gregoriánská reforma kalendáře, 46 BC)

Baterie Li-ion: SONY 1991 (první komerční) e - nabíjení vybíjení (-) e - (+) Li + Li + Li + Li + elektrolyt Li x TiO 2 Li 1-x NiO 2 [grafit, Li, Li 4 Ti 5 O 12...] [LiCoO 2, LiMn 2 O 4, LiFePO 4,...]

Mld. US $ Světový trh komponent pro Li-baterie (2014-2023) 25 20 15 Li katoda (aktivní materiál) Anoda (grafit, Li, LTO) Hliník (katodový terminál) Měď (anodový terminíl) Li- elektrolyt (LiPF 6, LiTFSI...) Separátor Ostatní 10 5 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 Zdroj: Navigat research

Trh Li-baterií podle aplikací: střednědobý trend Trh, celkově (GWh) Podíl podle aplikací Stabilizace sítí Elektromobily Spotř. elektronika 2011 2015 2020 2011 2015 2020 1) Spotřební elektronika trhu dominuje a pozice se uchová i ve střednědobém výhledu 1) Nejrychlejší nárůst trhu baterií pro stabilizaci sítí, avšak celkově minoritní segment 2) Nárůst trhu baterií pro elektromobily, v dynamice i objemu Zdroj: CEMAC: Clean Energy Manufacturing Center

1) Nanotechnologie & Li-ion bat. 135m 2 /g 100 LTO: Li 4 Ti 5 O 12 HIGH ENERGY 3D ACCUMULATOR 107m 2 /g Charge capacity, % 80 60 40 70 m 2 /g 100 m 2 /g 20 0 1 Charge capacity @ 50C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 100 2 Surface area, m2/g 50 m 2 /g 33 m 2 /g 4 m 2 /g 13 m 2 /g 27m 2 /g 20 m 2 /g Spitler, Procházka, Kavan et al.: US 7,547,490 (2009) Kavan, Procházka et al.: J.Electrochem.Soc. 150, A1000 (2003)

2) Nanotechnologie & Li-ion bat. Si-nanodráty: anoda pro Li-ion >3000 mah/g (srov. grafit 372 mah/g) Nature Nanotechnology, 3, 31, 2008

3) Nanotechnologie & Li-ion bat. Anoda z čistého Li (3850 mah/g) Další antikorozní vrstvy : grafen, BN Zdroj: Nature Nanotech. 9, 618, 2014

Další nové technologie Baterie Li-vzduch Anoda: Li Li + + e -.. [3850 mah/g] Katoda: ½O 2 + 2e - O 2-.. [LiOH; Li 2 O, Li 2 O 2,Li 2 O 2.] Nevodný elektrolyt Smíšený (kapalný) elektrolyt Pevný elektrolyt

100 10 paliv. články Li ion Ni MH Ni Cd Pb 10 hod baterie SWNT David V. Ragone rektor CWR Uni, 1988 1 1 hod 6 min Aktivní uhlí 6 sec superkond. Hustota energie: U.I.t/m 0.6 sec Hustota výkonu: U.I/m 1 10 100 1,000 10,000 Hustota výkonu (W/kg) konvenční kondenzátor Užitečné schema pro libovolné zařízení: Vertikální osa: Kolik energie lze uložit Horizontální osa: Jak rychle lze uloženou energii uvolnit

Honda elektromobil: paliv. článek + superkondenzátor Energie je krátkodobě ukládána v superkondenzátoru Během brždění: nabíjení Akcelerace: vybíjení

1) CZ firmy na trhu Li-baterií supercapacitor Li-ion battery (LiFePO 4 ) Zdroj: http://www.olife-energy.com/

Bezpečnost Li-ion baterií 3.5 Ah Sony batterie: Dell-notebook Samsung Galaxy Note 7

2) CZ firmy na trhu Li-baterií HIGH ENERGY 3D ACCUMULATOR LCMS (LiCo 0.1 Mn 1.9 O 4 ) 4.1 V; 90 Ah/kg 1 kwh; 12 V 90 Ah, HE3DA battery + - 3 mm 2 mm LTO (Li 4 Ti 5 O 12 ) 1.5 V; 170 Ah/kg

Nové výzvy: Na-ion Katoda: uhlík, grafen Anoda: Na 2 FePO 4 F, Li 2 FePO 4 F, NaVPO 4 F, LTO slitinové anode: Na 3 Sb, Na 3 Sn and Na 3 P Na/S baterie, ZEBRA: Na/NiCl 2 Zeolite battery research Africa, Pretoria Další možnosti (teoreticky): Mg 2+, Al 3+ ALE: Potřebujeme opravdu nahradit Li? Světové zásoby Li.. 14-40 Mio tun (bez oceánů) Zásoby pod Cínovcem.. 1 Mio tuny? 240 TWh 1 % světové spotř. elektřiny Tesla S Model: Nissan Leaf: 85 kwh; 14 kg Li => 3 mld vozů 24 kwh; 4 kg Li => 10 mld vozů (celkově na světě ca. 1 mld. automobilů)

kavan@jh-inst.cas.cz Děkuji za pozornost

SMR: standard mortality rate, % Velikost bodu velikost populace The British Journal of Psychiatry 2009, 194 (5) 464-465.

1) Nanotechnologie & Li-ion bat. Li 4 Ti 5 O 12 (spinel): nabíjení/vybíjení Rychlost (proud): 2C, 50C, 100C, 150C, 200C, 250C Li 4 Ti 5 O 12 + (3e - + 3Li + ) Li 7 Ti 5 O 12 2.4 2.4 2.2 2.2 Potential, V vs. Li/Li+ 2.0 1.8 1.6 1.4 Potential, V vs. Li/Li+ 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.2 1.0 50C 2C 1.0 50C 2C 0 50 100 150 i t, mc 200 250 0 100 200 i t, mc 300 Komerční materiál ( 1 m) nanomateriál ( 10 nm)