Koniec przegrzewania się baterii?
Kilka tygodni temu świat technologii obiegła informacja o oczekiwaniu na opatentowanie nowych akumulatorów, które mogą posiadać potencjał wyparcia z rynku wszechobecnych baterii litowo-jonowych. Chodzi tu o opracowaną przez pochodzącą ze Stanów Zjednoczonych firmę Alsym Energy technologię, która względem akumulatorów Li-Ion będzie miała dwie znaczące przewagi: niższą o połowę cenę oraz wykluczenie ryzyka przegrzewania się akumulatorów i w konsekwencji ich pożaru.
Co o osiągnięciu amerykańskich badaczy wiadomo do tej pory? Podają oni, że opracowane przez firmę Alsym akumulatory mają posiadać katodę zbudowaną z tlenku manganu oraz anodę wykonaną z innego materiału (tlenku metalu). Ciekawe są też plany dotyczące składu chemicznego elektrolitu, który ma być oparty na wodzie i nie zawierać rozpuszczalników organicznych. W serwisie internetowym firmy można znaleźć wiele informacji na tematy związane z przegrzewaniem się i pożarami ogniw litowo-jonowych, co wydaje się być główną motywacją dla naukowców do opracowania bezpieczniejszej technologii akumulatorowej. Co więcej, nowe urządzenia będą pozbawione takich metali jak lit, kobalt, nikiel, które są drogie w wydobyciu i zależne od problemów występujących w łańcuchach dostaw. Fakt ten ma przyczynić się do istotnego zredukowania cen akumulatorów.
Akumulatory sodowo-jonowe, a może cynkowo-jonowe?
Są też inne pomysły na zastąpienie baterii li-ion. W ostatnich latach trwały także prace naukowców z University of Texas w Austin nad możliwościami zastąpienia litu w akumulatorach tańszym i łatwiej dostępnym sodem. To właśnie w tym pierwiastku upatrują oni przyszłości technologii akumulatorowych. Okazuje się bowiem, że baterie wyposażone w elektrody sodowe mogłyby znacznie szybciej się ładować, a głębokie rozładowanie nie wpływałoby negatywnie na ich sprawność. Przeszkodą w badaniach okazywała się do niedawna “oporność sodu” do uwalniania jonów oraz jego skłonność do tworzenia na elektrodzie tzw. dendrytów obniżających żywotność ogniw. Naukowcy z Teksasu znaleźli rozwiązanie tego problemu wykorzystując tellurek antymonu i dbając o bardzo równomierne rozłożenie sodu w ogniwach. Dzięki temu akumulatory sodowe mogą wykazywać podobną żywotność do litowych i oferować zbliżoną do nich gęstość. Wniosek patentowy dla akumulatorów sodowych został już złożony.
Kolejnym obiecującym w zakresie alternatywy dla akumulatorów litowo jonowych odkryciem mogą być baterie cynkowo-jonowe, nad których udoskonalaniem pracują od lat naukowcy z różnych firm w branży. Przewagą cynku, podobnie jak w przypadku sodu są obniżone koszty produkcji ogniw względem tych opierających się na licie, co było dotychczas bardzo trudne do osiągnięcia. Jak działają zatem akumulatory cynkowo-jonowe? Podobnie jak w przypadku litowo-jonowych kluczowym jest tu zabieg interkalacji czyli dodania jonów do materiału podłoża nie zmieniając jego struktury i dbając o odwracalność procesu. W akumulatorach cynkowo-jonowych jony cynku przemieszczają się w wodnym elektrolicie. W trakcie procesu rozładowywania akumulatora cynk obecny na anodzie jest rozpuszczany w elektrolicie do postaci jonów cynku, które z kolei są absorbowane przez katodę. Akumulatory cynkowo-jonowe mają szansę stać się alternatywą dla litowo-jonowych, gdyż naukowcom udało się osiągnąć podobną gęstość energetyczną, niższe koszty produkcji oraz większe bezpieczeństwo użytkowania.
Energia zmagazynowana w stopie aluminium? To możliwe!
W ostatnich dniach zrobiło się głośno o kolejnej alternatywie dla akumulatorów litowo-jonowych, która ma nie tylko gwarantować lepszą wydajność, ale także długoterminowość przechowywania energii elektrycznej oraz cieplnej. Mowa tu o opracowanej przez szwedzką firmę Azelio technologii TES.POD (Thermal Energy Storage – Power on Demand). W tym rozwiązaniu wykorzystuje się energię elektryczną pozyskaną na przykład z instalacji PV do podgrzania stopu aluminium do 600 stopni Celsjusza. Materiał staje się w wyniku tego procesu płynny, by w momencie rozładowywania akumulatora oddać wytworzone w ten sposób ciepło za pośrednictwem płynu HTF do silnika Stirlinga. Napędza on generator energii elektrycznej i cieplnej. Rozwiązanie zaproponowane przez Azelio może znieść największe ograniczenie akumulatorów litowo-jonowych, jakim jest krótkoterminowość przechowywanej przez nie energii. Firma zapewnia także, że jej pojemność jej urządzeń będzie można skalować w szerokim zakresie wartości. Urządzenia szwedzkiego producenta z pewnością mają potencjał rewolucyjny na rynku magazynów energii.
Czy technologia Li-ION zniknie z rynku?
Czy wszystkie bądź którakolwiek z opisanych wyższej nowych technologii akumulatorowych ma szansę wyprzeć z rynku akumulatory litowo-jonowe, a przynajmniej osłabić ich pozycję? Wszystko zależy od kilku podstawowych zagadnień:
- Jaka jest rzeczywista skala pożarów powodowanych przez baterie litowo-jonowe?
- Jak bardzo da się zredukować koszty akumulatorów zastępując lit innymi materiałami?
- Czy producenci akumulatorów litowo-jonowych będą skłonni zmienić swoje procesy produkcyjne (i w jakim czasie)?
- Czy produkcja ogniw litowo-jonowych będzie nadal taniała?
- Jak duże będzie zainetersowanie alternatywnymi technologiami akumulatorowymi ze strony konsumentów?
- Jak bardzo łańcuchy dostaw litu będą wpływały na ograniczenia w produkcji baterii?
- Czy alternatywne technologie będą w stanie zaoferować takie same, a nawet lepsze parametry działania akumulatorów w porównaniu do baterii litowo-jonowych?
Dążenie do zwiększenia bezpieczeństwa, wydajności, żywotności przy jednoczesnym zredukowaniu kosztów produkcji, to kierunek w którym powinien podążać rynek akumulatorów. Odpowiedzi na przytoczone powyżej pytania mogą przybliżyć nas do oszacowania, czy wypełnianie tych założeń między innymi poprzez wprowadzenie alternatyw dla akumulatorów litowo-jonowych, może okazać się realne. Do postawienia i obronienia konkretnych tez w tym obszarze potrzebny jest jednak czas i skrupulatna obserwacja zmian w świecie technologii akumulatorowych.
