Rewolucja w bateriach? Lit, kobalt czy nikiel mogą być zastąpione… cukrem [KOMENTARZ]

To może zrewolucjonizować magazynowanie energii w sieci elektrycznej. Bateria przepływowa utrzymała swoją zdolność do przechowywania i uwalniania energii przez ponad rok ciągłego ładowania i rozładowywania. Takie wnioski płyną z eksperymentu przeprowadzonego przez zespół badawczy z Pacific Northwest National Laboratory działającego pod Departamentem Energii.

Dodatek cukru wykazał zaskakująco obiecującą rolę, ponieważ stwierdzono, że zwiększył pojemność i żywotność akumulatora przepływowego w tym projekcie odporności energetycznej sieci - napisali naukowcy w artykule opublikowanym w czasopiśmie Joule 00256-8). Eksperyment opisał pierwsze zastosowanie rozpuszczonego cukru prostego o nazwie β-cyklodekstryna, pochodnej skrobi, w celu zwiększenia żywotności i pojemności baterii.

W eksperymentach, które trwały ponad rok, naukowcy zoptymalizowali stosunek chemikaliów w systemie, aż do osiągnięcia 60 proc. większej mocy szczytowej. "Przez cały ten czas bateria przepływowa prawie nie traciła swojej aktywności na ładowanie. Jest to pierwszy eksperyment z baterią przepływową na skalę laboratoryjną, w którym odnotowano ponad rok ciągłego użytkowania przy minimalnej utracie pojemności" - przekazał PNNL.

Eksperymentując z innymi substancjami chemicznymi do akumulatorów przepływowych, naukowcy odkryli, że β-cyklodekstryna ma "tę zaskakującą zdolność katalityczną" - powiedział Ruozhu Feng, pierwszy autor nowego badania. Naukowcy twierdzą, że projekt baterii ma mocne podstawy do skalowalności.

Ograniczone zasoby metali

Obecnie projekty akumulatorów przepływowych opierają się na wydobywanych minerałach, które są drogie, niezrównoważone w wydobyciu i kontrolowane przez kilka krajów na świecie. Dlatego naukowcy, w tym z PNNL, poszukują "skutecznych alternatywnych technologii, które wykorzystują bardziej powszechne materiały, które są łatwe do syntezy, stabilne i nietoksyczne" - twierdzi laboratorium.

Lit, nikiel, kobalt, mangan i grafit są ważne dla wydajności, trwałości i gęstości energii baterii. Przykładowo, typowy akumulator do pojazdu elektrycznego wymaga około 8 kilogramów litu, 35 kilogramów niklu, 20 kilogramów manganu i 14 kilogramów kobaltu, podczas gdy stacje ładowania wymagają znacznych ilości miedzi. Metale ziem rzadkich znajdują się w magnesach trwałych, które pomagają obracać turbinami wiatrowymi i silnikami pojazdów elektrycznych. Panele słoneczne wykorzystują duże ilości miedzi, krzemu, srebra i cynku, podczas gdy turbiny wiatrowe wymagają rudy żelaza, miedzi i aluminium.

Jak bardzo rozciągnięta jest obecna produkcja metali i czy istniejące rezerwy mogą zapewnić transformację energetyczną. Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost zużycia metali do 2050 r. w ramach scenariusza zerowego netto, obecne wskaźniki produkcji grafitu, kobaltu, wanadu i niklu wydają się niewystarczające, wykazując ponad dwie trzecie różnicy w stosunku do popytu. Obecne dostawy miedzi, litu i platyny są również niewystarczające, aby zaspokoić przyszłe potrzeby, z luką od 30 do 40 procent w stosunku do popytu.

Nieuniknione jest zwiększenie wydobycia, aby zapewnić minerały do przejścia na energię odnawialną. Według MAE, osiągnięcie celów porozumienia paryskiego spowodowałoby czterokrotny wzrost zapotrzebowania na minerały do 2040 roku. Ostatecznie szybki wzrost popytu na minerały stworzy możliwości i wyzwania w zakresie realizacji celów zrównoważonego rozwoju. Brakuje inwestycji w nowe kopalnie, co może znacznie podnieść koszty czystych technologii energetycznych.

Rozwój technologii tj. alternatywne elementy mogące zastąpić lit, nikiel czy kobalt w bateriach i akumulatorach są jedną z odpowiedzi na ogromne wyzwania transformacji energetycznej. Magazyny energii mogą rozwiązać wiele problemów i ograniczeń związanych energią odnawialną tj. niestała generacja. Na razie ich koszty są barierą na drodze do umasowienia, ale wynalazki tj. baterie na cukier mogą ułatwić rozpowszechnienie magazynów i tym samym wesprzeć transformację energetyczną. Nie ma oczywiście pewności, że to konkretne rozwiązanie będzie przełomem jeśli chodzi o baterie i magazyny energii, ale któryś z kolei eksperyment, jakaś kolejna próba takim punktem zwrotnym się stanie. To właśnie nowe rozwiązania technologiczne są kluczowe dla transformacji energetycznej.