Akumulatory litowo-powietrzne mogą przechowywać energię dla samochodów, domów i przemysłu

April 12, 2019

Obecna technologia akumulatorów litowo-jonowych prawdopodobnie nie będzie w stanie poradzić sobie z ogromnym zapotrzebowaniem na energię w nadchodzących dekadach. Szacuje się, że do 2050 r. Energia elektryczna stanowić będzie 50% światowego koszyka energetycznego. Dzisiaj ta stawka wynosi 18%. Oczekuje się jednak, że zainstalowana moc do produkcji energii odnawialnej wzrośnie czterokrotnie. Będzie to wymagało baterii, które są bardziej wydajne, tańsze i przyjazne dla środowiska.

Jedną z alternatyw badanych obecnie w wielu częściach świata jest bateria litowo-powietrzna. Niektóre brazylijskie wysiłki w poszukiwaniu takiego urządzenia zostały zaprezentowane drugiego dnia FAPESP Week London w dniach 11-12 lutego 2019 roku.

„Dzisiaj wiele mówi się o samochodach elektrycznych. Niektóre kraje europejskie myślą również o zakazie silników spalinowych. Ponadto odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, potrzebują akumulatorów do przechowywania tego, co jest generowane w ciągu dnia za pomocą promieniowania słonecznego” - powiedział Rubens Maciel Filho , profesor w Szkole Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Campinas (UNICAMP).

Akumulator litowo-powietrzny, obecnie działający tylko w skali laboratoryjnej, wykorzystuje tlen z otoczenia jako odczynnik. Akumulator przechowuje dodatkową energię poprzez reakcję elektrochemiczną, w wyniku której powstaje tlenek litu.

„Jest to zrównoważony sposób magazynowania energii elektrycznej. Dzięki postępom może obsługiwać wiele cykli rozładowania / ładowania. Ma ogromny potencjał do wykorzystania w transporcie, zarówno w lekkich, jak i ciężkich pojazdach. Może również pracować w sieciach dystrybucji energii elektrycznej”, powiedział badacz.

Jednak przekształcenie eksperymentów w komercyjnie opłacalne produkty wymaga zrozumienia podstaw reakcji elektrochemicznych zachodzących w procesie.

„Wymaga to również opracowania nowych materiałów, które pozwolą nam wykorzystać pożądane reakcje i zminimalizować lub uniknąć niepożądanych” - powiedział Maciel, dyrektor New Energy Innovation Center (CINE). Dzięki jednostkom w UNICAMP, Instytucie Badań nad Energią Jądrową (IPEN) i Instytutowi Chemii São Carlos na Uniwersytecie w São Paulo (USP) ośrodek jest wspierany przez FAPESP i Shell w ramach programu Engineering Research Centers Program (ERC).

Następnie wyjaśnił, że niektóre zjawiska muszą być obserwowane w operando, czyli innymi słowy, w czasie rzeczywistym. „Chodzi o śledzenie reakcji, które występują w dynamicznych eksperymentach i różnych formach chemicznych, które powstają, nawet jeśli są tymczasowe.

W przeciwnym razie niektóre etapy procesu zostaną utracone, a bateria stanie się nieefektywna pod względem czasu ładowania i czasu ładowania ”.

Aby przeprowadzić te pomiary, naukowcy korzystają z Narodowego Laboratorium Światła Synchrotronowego (LNLS) w Brazylijskim Centrum Badań nad Światłem w Energii i Materiałach (CNPEM), zlokalizowanym w Campinas.

Kolejny projekt zaprezentowany podczas sesji dotyczył baterii siarkowo-powietrznych. Mimo że nie są tak wydajne, są niedrogie i przechowują energię przez wiele godzin. „Mogą przechowywać energię do 24 godzin przy bardzo niskich kosztach. Jej głównymi składnikami są siarka i soda kaustyczna i są niezwykle tanie. Dlatego inwestujemy w nie”, powiedział Nigel Brandon, profesor w Imperial College.

Ze względu na te cechy baterie siarkowo-powietrzne mogą być używane w domach lub firmach. Brandon uważa jednak, że ich największy potencjał tkwi w stacjach ładowania samochodów elektrycznych, które staną się bardziej powszechne ze względu na europejski cel ograniczenia emisji dwutlenku węgla o 80% do 2050 roku.

„Ważne jest podkreślenie faktu, że różne projekty baterii nie konkurują ze sobą, ale raczej się uzupełniają”, powiedział Geoff Rodgers z Brunel University London, prowadzący sesję.

Słońce, wodór i biopaliwa

Bardziej wydajne akumulatory są szczególnie ważne w scenariuszu, w którym przewiduje się wzrost wykorzystania energii słonecznej. Szczytowe promieniowanie słoneczne w ciągu dnia będzie wymagało wydajnego magazynowania energii, aby można było z niego korzystać w nocy.

Maciel opowiedział także o projekcie w CINE dotyczącym opracowania bardziej wydajnych ogniw fotowoltaicznych, które mogłyby zostać wykorzystane w przyszłości do konwersji energii słonecznej na energię elektryczną, a także do uzyskania produktów chemicznych, a nawet wodoru z hydrolizy wody.

Ciekły wodór jest bardzo wydajnym paliwem, ale jego produkcja wiąże się z wysokimi kosztami energii. Jest to jedna z opcji rozważanych w Wielkiej Brytanii, ponieważ biopaliwa nie są tak opłacalne, jak w Brazylii.

„Szukamy nowych enzymów bakteryjnych do utleniania ligniny, polimeru aromatycznego, który stanowi ponad 25% ścian komórek roślinnych i jest częścią pozostałości po produkcji biopaliw. Celem jest opracowanie nowych produktów, takich jak biopaliwa, nowe tworzywa sztuczne i produkty chemiczne dla przemysłu - powiedział Timothy Bugg z University of Warwick.