211service.com
Ogniwa sodowo-jonowe do taniego magazynowania energii
Nowy typ akumulatora sodowo-jonowego może okazać się praktyczną opcją do przechowywania energii z farm wiatrowych i słonecznych, mówi Jay Whitacre , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Carnegie Mellon. Startup firmy Whitacre, 44 Tech, z siedzibą w Pittsburghu w stanie Pensylwania, otrzyma 5 milionów dolarów od Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, w ramach Ustawy o odzysku z 2009 roku, na opracowanie technologii. Finansowanie, ogłoszone w zeszłym tygodniu, jest częścią wartego 620 milionów dolarów pakietu na poprawę sieci elektroenergetycznej.
Baterie startowe mogą być nie tylko tańsze, ale także trwalsze od istniejących baterii, mówi Whitacre. Dzięki temu są one szczególnie przydatne do taniego przechowywania dużych ilości energii elektrycznej – co będzie niezbędne, aby energia odnawialna stała się podstawowym źródłem energii w USA, a nie tylko dodatkowym źródłem, jakim jest teraz. Takie magazynowanie sprawi, że praktyczne przechowywanie energii z turbin wiatrowych i fotowoltaicznych do wykorzystania, gdy nie wieje wiatr i nie świeci słońce.
Ogniwa sodowo-jonowe Whitacre są pod pewnymi względami podobne do ogniw litowo-jonowych – typu stosowanego w przenośnej elektronice i niektórych pojazdach elektrycznych. W obu typach ogniw jony są przemieszczane między dodatnimi i ujemnymi elektrodami akumulatora podczas ładowania i rozładowywania, a elektrolit służy jako medium do poruszania tych jonów. Ale ponieważ sód jest o rzędy wielkości bardziej obfity niż lit, jest tańszy w użyciu. Aby ogniwa były jeszcze tańsze, Whitacre planuje eksploatować je przy niższych napięciach, tak aby można było stosować elektrolity na bazie wody zamiast elektrolitów organicznych. Powinno to dodatkowo obniżyć koszty produkcji, ponieważ elektrolity na bazie wody są łatwiejsze w obróbce.
Przejście na elektrolity na bazie wody może również umożliwić wyeliminowanie znacznej części materiału pomocniczego potrzebnego w konwencjonalnych ogniwach litowo-jonowych, ponownie zmniejszając koszty. Dzieje się tak, ponieważ zwiększenie przewodności jonowej umożliwia stosowanie grubszych elektrod z mniejszą liczbą warstw materiałów oddzielających i zbierających prąd wewnątrz ogniwa.
Zasadniczo system jonów sodowych może być tani, a przy zastosowaniu elektrolitów wodnych może być naprawdę tani, mówi Jeff Dahn , profesor fizyki i chemii na Uniwersytecie Dalhousie w Nowej Szkocji w Kanadzie.
W przeszłości naukowcy badali akumulatory sodowo-jonowe, chociaż zazwyczaj używali wysokiego napięcia i elektrolitów organicznych. Stosowanie niższych napięć zmniejsza ilość energii, jaką mogą magazynować akumulatory – problem w przypadku pojazdów elektrycznych, w których przestrzeń i waga są ograniczone. Ale w przypadku zastosowań stacjonarnych, takich jak magazynowanie energii odnawialnej, wszystko sprowadza się do kosztów, mówi Whitacre.
Dahn twierdzi, że ogniwa sodowo-jonowe nie powinny być opracowywane tylko do magazynowania energii elektrycznej na dużą skalę. Mówi, że akumulatory sodowo-jonowe o wyższym napięciu mogą ostatecznie okazać się znacznie lepszym rozwiązaniem niż akumulatory litowo-jonowe do pojazdów elektrycznych. Jak dotąd jednak przeprowadzono bardzo niewiele badań na ich temat w odniesieniu do akumulatorów litowo-jonowych. Czynniki, które trzymały naukowców z daleka – takie jak duży rozmiar jonów sodu i ich wpływ na ilość energii, jaką mogą dostarczyć baterie – zostały rozwiązane przez ostatnie postępy w produkcji materiałów. Obfitość sodu może również sprawić, że te baterie będą niezwykle atrakcyjne. Jest zdumiewająco bardziej obfity niż lit, mówi Dahn. Myślę, że to jest coś, co jest naprawdę ważne, aby pracować nad pójściem naprzód. Mam nadzieję, że DOE również sfinansuje prace niewodne.
Jak dotąd prace Whitacre są na wczesnym etapie. W laboratorium zademonstrował małe ogniwa baterii i… wniesiony o patent na technologię. Nie ujawnił, jakich materiałów użyje do produkcji elektrod i elektrolitu, a jest za wcześnie, aby podać szczegółowe dane dotyczące kosztów, mówi. Kolejne kroki obejmują wykonanie większych baterii prototypowych. Część nagrody w wysokości 5 milionów dolarów trafi do Carnegie Mellon na badania podstawowe.