Od telefonu komórkowego, po samochód elektryczny – wszędzie możemy znaleźć baterie litowo-jonowe. Nie są wolne od wad, więc trwają poszukiwania realnych alternatyw. Słychać na przykład o bateriach alkalicznych ze stałym elektrolitem, czy o nowym stopie aluminium, który może się stać źródłem wodoru dla ogniw paliwowych.
Elektrownie szczytowo-pompowe i zapory, technologie power-to-gas, tradycyjne akumulatory, ogniwa paliwowe – wyścig za coraz bardziej efektywnymi metodami magazynowania energii przypomina poszukiwania legendarnego św. Graala. W ostatnich latach presja na to, by skutecznie gromadzić energię rośnie ze względu na rozwój odnawialnych źródeł energii czy samochodów elektrycznych. Według firmy badawczej IHS Markit, rynek magazynowania energii rozwinie się z 3 GW pod koniec 2016 r., do 28 GW w roku 2022. Poszukiwane są nowoczesne technologie, które zrewolucjonizują magazynowanie energii zarówno na niewielką skalę, do zastosowań przenośnych, jak i te wielkie – do zastosowań sieciowych.
Magazyny energii na pomoc sieci
Baterie litowo-jonowe na naszych oczach weszły do powszechnego użytku. Największy taki magazyn, bo o mocy aż 100 MW, Tesla ma postawić w Australii, by zapewnić bezpieczeństwo dostaw prądu.
We are installing the world’s largest lithium-ion battery storage project in South Australia https://t.co/pjmhkrtT89
— Tesla (@TeslaMotors) July 7, 2017
Dotychczasowy rekord wielkości magazynu opartego na systemie bateryjnym wynosi 30 MW i należy do firmy AES (już niedługo Fluence, po uzyskaniu zgód potrzebnych do połączenia sił z Siemensem).
Baterie litowo-jonowe nie są jednak pozbawione wad: są dość drogie (w przypadku aut elektrycznych stanowią połowę kosztu), starzejąc się tracą pojemność, są wrażliwe na zmiany temperatur. Cały czas poszukiwane są też baterie o większej gęstości, co pozwoliłoby np. zwiększyć dystans osiągalny dla samochodów elektrycznych.
Amerykański startup Ionic Materials zaprezentował ostatnio baterią alkaliczną ze stałym elektrolitem, która może być wielokrotnie ładowana. Z kolei naukowcy pracujący dla armii Stanów Zjednoczonych – jak twierdzą przez przypadek – odkryli stop aluminium, który w reakcji z wodą wytwarza wodór, który można wykorzystać do zasilania ogniw paliwowych.
Naukowcy z Ionic Materials , którymi kieruje Mike Zimmerman, założyciel i prezes spółki, opracowali stały elektrolit polimerowy, który przewodzi jony w temperaturze pokojowej i może zrewolucjonizować rynek baterii. Elektrolit stworzony przez Ionic w szerokim zakresie temperatur ma lepsze właściwości nie tylko w porównaniu z istniejącymi już stałymi elektrolitami polimerowymi, ale także w stosunku do wykorzystywanych w bateriach alkalicznych płynnych elektrolitów.
Zaletami alkalicznych baterii wykorzystujących elektrolit polimerowy opracowany przez Ionic są niższa niż w przypadku baterii litowo-jonowych cena i większe bezpieczeństwo, a także odporność na uszkodzenia. W odróżnieniu od baterii litowo-jonowych nie grozi im samozapalenie, poza tym nie istnieje ryzyko wylania elektrolitu, tak jak może zdarzyć się w przypadku baterii alkalicznych z płynnym elektrolitem.
Zaletą w porównaniu z wieloma innymi bateriami alkalicznymi jest możliwość wielokrotnego ładowania. Skonstruowany prototyp może być ładowany 400 razy, zaś trwają prace, by ten parametr zwiększyć trzykrotnie.
Wadą baterii z elektrolitem polimerowym jest to, że są cięższa niż bateria litowo-jonowe o tej samej pojemności. Jak twierdzą naukowcy z Ionic Materials, z czasem uda się obniżyć ich wagę, bo trwają prace nad zastąpieniem używanego w produkcji cynku przez lżejsze aluminium. Jeśli się to powiedzie, będą nie tylko lżejsze niż baterie litowo-jonowe, ale także tańsze niż produkowane dziś baterie alkaliczne.
Jak ocenia Bill Joy – w przeszłości współzałożyciel Sun Microsystems, potem partner w firmie inwestycyjnej Kleiner Perkins Caufield & Byers, a obecnie jeden z guru Krzemowej Doliny i członek rady nadzorczej Ionic Materials – dalsze badania i komercjalizacja technologii zajmie ok. pięciu lat.
Alkaliczne baterie, które można wielokrotnie ładować, to nie jedyny potencjalny rywal baterii litowo-jonowych. To, że ogniwa paliwowe mogą być alternatywą dla baterii litowo-jonowych wiadomo od dawna. Problemem jest bezpieczne i efektywne zasilanie ich wodorem.
Jak właśnie ujawniono, w styczniu badacze pracujący dla armii USA pracujący nad nowym stopem aluminium o wysokiej wytrzymałości przez przypadek rozlali wodę na stop i wówczas zaczął się wydzielać wodór. Zazwyczaj aluminium wystawione na działanie wody szybko pokrywa się tlenkiem, który skutecznie wstrzymuje dalsze reakcje. Na dodatek produkcja wodoru z wykorzystaniem aluminium i wody wymaga czasu i albo wysokiej temperatury, albo użycia katalizatora. W przypadku nowego stopu – trwają prace nad jego opatentowaniem – reakcja zaczęła się w temperaturze pokojowej po trzech minutach.
Według „New Scientist”, który opisuje odkrycie amerykańskich naukowców, nowy materiał oferuje o rząd wielkości większą wydajność energetyczną niż bateria litowo-jonowa o tej samej masie i w przeciwieństwie do baterii może być gotowy do natychmiastowego użycia przez dowolnie długi czas. Produkcja stopu może być tania, bo można go uzyskiwać wykorzystując złom aluminiowy.
Jak podkreślają cytowani przez czasopismo naukowcy, własności nowego stopu trzeba potwierdzić w warunkach rzeczywistych. Wielokrotnie już bowiem okazywało się, że to co świetnie działa w warunkach laboratoryjnych, nie sprawdza się w warunkach polowych. Na razie amerykańscy badacze wykorzystali nowy stop do napędzania silnika elektrycznego modelu czołgu sterowanego radiem. Twierdzą jednak, że nic nie stoi na przeszkodzie, by wykorzystać go do produkcji wodoru wykorzystywanego w ogniwach paliwowych zasilających silniki elektrycznych samochodów, albo np. do zasilania smartfonów lub laptopów, czyli wszędzie tam, gdzie dziś jako źródła energii stosowane są bateria litowo-jonowe.
W piątek, tuż przed nawałnicą, energetycy odnotowali drugie najwyższe w historii Polski zapotrzebowanie na moc latem. Ze względu na temperaturę wody w Wiśle produkcję musiała ograniczyć największa w UE elektrownia na węgiel kamienny. Ceny prądu poszybowały blisko maksimum, a firmy, które jej nie zakontraktowały wcześniej, tylko w ciągu dwóch godzin wydały na nią ponad 2 mln zł. Chociaż temperatury powietrza powoli spadają, to w krajowym systemie energetycznym dopiero zaczyna się robić gorąco.
