Bár az emberi tevékenység számos módon előidézte a klímaváltozást, a globális villamosenergia-termelési források a vezető bűnösök közé tartoznak. Annak ellenére, hogy a szél- és napenergia-ellátás kis mértékben megnövekedett, még nem jutottunk el odáig, hogy ki tudjuk szorítani azokat a fosszilis tüzelőanyagokat, amelyek sok ország energiamixében beépültek.

De miért van ez még mindig így?

Mivel a megújuló energiaforrások szakaszos energiaellátást biztosítanak, szükségünk van egy módra, hogy ezt az energiát tároljuk, hogy kielégítsük a hálózat igényét, amikor nem süt a nap, vagy nem fúj a szél. Ez nagy kihívást jelent, mivel a megújuló energiára való átálláshoz tartós, biztonságos és megfizethető energiatároló rendszerek kialakítása is szükséges. Mint ilyen, egy olcsó, biztonságos és alternatív akkumulátor megtalálása a lítium helyett kulcsfontosságú ahhoz, hogy a tűt a teljesen megújuló energiaszektorba helyezzük át.

A lítium-ion akkumulátorokon túl

Az elektromos járművekhez hasonlóan a lítium-ion akkumulátorok is népszerű megoldásokká váltak a hálózatban, mivel nagy energiasűrűségű, moduláris megoldást kínálnak az energia tárolására. A lítium-ion akkumulátorok használata azonban saját kihívásokat is magával hozott: magas anyagköltség, tűz- és robbanásveszély, valamint az újrahasznosítási gyakorlatok hiánya, ami korlátozza a lítium-ion akkumulátorok széles körű elterjedését a hálózatban.

Az egyik hihetetlenül ígéretes lehetőség a lítium cseréjére a hálózati méretű energiatárolásnál a újratölthető cink-ion akkumulátor. Csak az elmúlt 10 évben jelent meg, a cink-ion akkumulátorok számos előnnyel rendelkeznek a lítiummal szemben. Ide tartoznak az olcsóbb anyagköltségek, a nagyobb biztonság és az egyszerűbb újrahasznosítási lehetőségek.

Hálózati léptékű energiatárolási lehetőségekkel, lényegesen olcsóbb költségek mellett – és magasabb szintű biztonsággal – a cink-ion akkumulátorok széles körű kereskedelmi forgalomba hozatala lehet pontosan az, amire szükség van a megújuló energiaforrások Kanada és más országok energiainfrastruktúrájába való integrálásához.

Az akkumulátor költsége

Hogy Kanada elérje a kanadaiban meghatározott dekarbonizációs célokat Nettó nulla kibocsátású elszámoltathatóságról szóló törvény, beleértve a 90 százalékban megújuló villamos energiával működő hálózatot, a cink-ion akkumulátorok telepítése kulcsfontosságú lesz.

Tanulmányok kimutatták, hogy a megújuló energiaforrások az összes villamos energia 90-95 százalékának forrásává válhatnak, az energiatárolás költségének 150 USD/kWh alatt kell lennie. A modern lítium-ion rendszerek még mindig 350 USD/kWh körül mozog. Ez részben a magas gyártási költségeknek és annak köszönhető, hogy drága nyersanyagokra támaszkodnak a szükséges nagy energiasűrűség eléréséhez. modern elektromos járművek.

Másrészt a cink-ion akkumulátorok megoldhatják a költségeket és a bőség problémáit. Az olcsó, bőséges anyagok, például a cink és a mangán használata nemcsak olcsóbbá teszi az előállításukat, hanem csökkenti az ellátási lánc megszakításainak vagy az anyaghiánynak a kockázatát, amely hatással van a lítium-ion anyagokra, például a lítiumra és a mangánra. kobalt.

A éves cinktermelés világszerte több mint 100-szorosa a lítiumnak. Arról nem is beszélve a lítium és a kobalt iránti kereslet várhatóan meghaladja a kínálatot a következő évtizedben.

A cink biztonságosabb megoldás

A szigorú biztonsági előírásokat Mivel az otthonokban, gyárakban vagy az elektromos hálózatban használt akkumulátorokhoz készültek, a biztonság kulcsfontosságú ahhoz, hogy a lakosság elfogadja azokat. Ily módon a cink-ion akkumulátorok további előnyöket kínálnak.

A lítium-ion akkumulátorok gyúlékony és mérgező oldószer alapú elektrolitja vízbázisú alternatívára cserélik, megszüntetve a tűz- és robbanásveszélyt.

Ezzel szemben a lítium-ion akkumulátorok biztonságos ártalmatlanítása is nehéz feladat lehet, mivel mérgező vegyületeket tartalmaznak. Ezen akkumulátorok újrahasznosítása a magas költségek miatt jelenleg gazdaságilag nem kivitelezhető ami ahhoz vezet, hogy nagyszámú kiégett cella kerül hulladéklerakókba.

Szerencsére, a cink-ion akkumulátorok leegyszerűsítik az élettartam végén történő kezelést. A cink-ion akkumulátorokban használt nem mérgező, vizes elektrolit azt jelenti jól bevált módszerek, például az ólom-savas akkumulátorok ártalmatlanítására szolgáló módszerek használható. Ezenkívül a fém cink anód könnyen újrafelhasználható új akkumulátorokban.

Az energiatárolás jövője

Ahhoz, hogy 90-ra elérje a 2030 százalékos megújuló energiát célzó célját, Kanadának alternatívákat kell keresnie a lítium-ion akkumulátorok helyett, hogy lehetővé tegye energiaszektorának szén-dioxid-mentesítését. A cink-ion akkumulátorok költségének, bőségének és biztonsági előnyeinek kihasználásával Kanada felgyorsíthatja a szél- és napenergia integrációját az egész országban.

A cink-ion akkumulátorok támogatják Kanada szén-dioxid-mentesítési céljait, és lehetőséget kínálnak a gyorsan bővülő akkumulátorpiac kihasználására. Míg a cink-ion akkumulátorok viszonylag új technológiának számítanak, nem lehet alábecsülni a rácsos energiatárolás támogatására vonatkozó potenciáljukat Kanadában és világszerte.

A kanadai kutatás és gyártás segítségével, beleértve az erőfeszítéseket is McMaster Egyetem és Dartmouth, NS-alapú Salient Energy Inc., a cink-ion akkumulátorok integrációja a következő néhány éven belül valósággá válhat, és ezzel Kanadát iparágvezetővé teheti.

A szerzőről

William D Gourley vihar, PhD kandidátus, vegyészmérnök, McMaster Egyetem és a Drew Higgins, adjunktus, Vegyészmérnöki Tanszék, McMaster Egyetem

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.