Chociaż działalność człowieka powoduje zmiany klimatyczne na wiele sposobów, Globalne źródła wytwarzania energii elektrycznej należą do głównych winowajców. Pomimo niewielkich wzrostów dostaw energii wiatrowej i słonecznej, nie osiągnęliśmy jeszcze punktu, w którym będziemy w stanie wyprzeć paliwa kopalne zakorzenione w koszyku energetycznym wielu krajów.

Ale dlaczego tak jest nadal?

Ponieważ źródła odnawialne zapewniają przerywane dostawy energii, potrzebujemy również sposobu na magazynowanie tej energii, aby zaspokoić zapotrzebowanie sieci, gdy nie świeci słońce lub nie wieje wiatr. Stanowi to poważne wyzwanie, ponieważ przejście na energię odnawialną wymaga również stworzenia trwałych, bezpiecznych i niedrogich systemów magazynowania energii. Dlatego znalezienie taniej, bezpiecznej i alternatywnej baterii do litu jest kluczem do skierowania igły w stronę całkowicie odnawialnego sektora energii.

Więcej niż akumulatory litowo-jonowe

Podobnie jak w przypadku pojazdów elektrycznych, akumulatory litowo-jonowe stały się popularną opcją dla sieci, ponieważ oferują modułowe rozwiązanie o dużej gęstości energii do magazynowania energii. Jednak stosowanie akumulatorów litowo-jonowych niosło ze sobą także własne wyzwania, takie jak wysokie koszty materiałów, ryzyko pożaru i eksplozji oraz brak praktyk w zakresie recyklingu ograniczające powszechne stosowanie akumulatorów litowo-jonowych w sieci.

Jedną z niezwykle obiecujących opcji zastąpienia litu w magazynowaniu energii w skali sieciowej jest akumulator cynkowo-jonowy. Pojawiły się dopiero w ciągu ostatnich 10 latakumulatory cynkowo-jonowe mają wiele zalet w porównaniu z akumulatorami litowymi. Należą do nich niższe koszty materiałów, większe bezpieczeństwo i łatwiejsze możliwości recyklingu.

Biorąc pod uwagę potencjał magazynowania energii na skalę sieciową po znacznie niższych kosztach i wyższym poziomie bezpieczeństwa, powszechna komercjalizacja akumulatorów cynkowo-jonowych może być dokładnie tym, czego potrzeba do zintegrowania odnawialnych źródeł energii z infrastrukturą energetyczną w Kanadzie i innych krajach.

Koszt baterii

Aby Kanada osiągnęła cele dekarbonizacji wyznaczone w Kanadzie Ustawa o odpowiedzialności za emisję zerową netto, łącznie z siecią zasilaną w 90% energią odnawialnąkluczowe znaczenie będzie miało zastosowanie baterii cynkowo-jonowych.

Badania wykazały, że aby odnawialne źródła energii stały się źródłem od 90 do 95 procent całej energii elektrycznej, koszt magazynowania energii musi być niższy niż 150 USD/kWh. Nowoczesne systemy litowo-jonowe są nadal utrzymuje się na poziomie 350 USD/kWh. Częściowo wynika to z wysokich kosztów produkcji i uzależnienia od drogich surowców, aby osiągnąć wymaganą wysoką gęstość energii nowoczesne pojazdy elektryczne.

Z drugiej strony baterie cynkowo-jonowe mogłyby rozwiązać problemy związane z kosztami i obfitością. Stosowanie niedrogich, dostępnych powszechnie materiałów, takich jak cynk i mangan, nie tylko sprawia, że ​​są tańsze w produkcji, ale także zmniejsza ryzyko zakłóceń w łańcuchu dostaw lub niedoborów materiałowych, które mają wpływ na materiały litowo-jonowe, takie jak lit i kobalt.

Połączenia roczna produkcja cynku globalnie jest ponad 100 razy więcej niż lit. Nie wspominając o tym przewiduje się, że w ciągu następnej dekady popyt na lit i kobalt przewyższy podaż.

Cynk jest bezpieczniejszą opcją

Z rygorystyczne standardy bezpieczeństwa tworzone z myślą o bateriach używanych w domach, fabrykach lub w sieciach elektrycznych, bezpieczeństwo jest kluczem do tego, aby społeczeństwo je zaakceptowało. W ten sposób akumulatory cynkowo-jonowe oferują dalsze korzyści.

Połączenia łatwopalny i toksyczny elektrolit na bazie rozpuszczalników do akumulatorów litowo-jonowych zostaje zastąpiony alternatywą na bazie wody, co eliminuje ryzyko pożaru i eksplozji.

I odwrotnie, bezpieczna utylizacja akumulatorów litowo-jonowych również może być trudnym zadaniem, ponieważ zawierają one toksyczne związki. Recykling tych akumulatorów jest obecnie ekonomicznie nieopłacalny ze względu na wysokie koszty co prowadzi do tego, że duża liczba zużytych ogniw trafia na wysypiska śmieci.

Na szczęście, Baterie cynkowo-jonowe upraszczają leczenie po zakończeniu eksploatacji. Oznacza to, że nietoksyczny, wodny elektrolit stosowany w akumulatorach cynkowo-jonowych dobrze ugruntowane metody, takie jak metody utylizacji akumulatorów kwasowo-ołowiowych może być użyte. Ponadto metaliczną anodę cynkową można z łatwością ponownie wykorzystać w nowych akumulatorach.

Przyszłość magazynowania energii

Aby osiągnąć swój cel, jakim jest 90% energii odnawialnej do 2030 r., Kanada musi szukać alternatyw dla akumulatorów litowo-jonowych, aby umożliwić dekarbonizację swojego sektora energetycznego. Wykorzystując koszty, obfitość i bezpieczeństwo akumulatorów cynkowo-jonowych, Kanada może przyspieszyć integrację energii wiatrowej i słonecznej w całym kraju.

Baterie cynkowo-jonowe wspierają cele Kanady w zakresie dekarbonizacji i stanowią okazję do wykorzystania szybko rozwijającego się rynku baterii. Chociaż akumulatory cynkowo-jonowe są stosunkowo nową technologią, nie można przecenić ich potencjału w zakresie magazynowania energii w skali sieciowej w Kanadzie i na całym świecie.

Przy pomocy kanadyjskich badań i produkcji, w tym wysiłków m.in Uniwersytet McMaster i Dartmouth w Nowej Zelandii Firma Salient Energy Inc., integracja akumulatorów cynkowo-jonowych może stać się rzeczywistością w ciągu najbliższych kilku lat, dzięki czemu Kanada stanie się liderem w branży.

O autorze

Burza Williama D. Gourleya, Doktorant Inżynierii Chemicznej, Uniwersytet McMaster i Drew Higginsa, Adiunkt, Katedra Inżynierii Chemicznej, Uniwersytet McMaster

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.