Οι μπαταρίες λίθιο-αέρα μπορούν να αποθηκεύσουν την ενέργεια για τα αυτοκίνητα, τα σπίτια και τη βιομηχανία

April 12, 2019

Η τρέχουσα τεχνολογία μπαταριών λίθιου ιονική πιθανώς δεν θα είναι σε θέση να χειριστεί την ερχόμενη τεράστια απαίτηση των δεκαετιών για την ενέργεια. Υπολογίζεται ότι ως το 2050, η ηλεκτρική ενέργεια θα αποτελέσει 50% του μίγματος παγκόσμιας ενέργειας. Σήμερα εκείνο το ποσοστό είναι 18%. Αλλά η εγκατεστημένη ικανότητα για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας αναμένεται για να αυξηθεί τετραπλά. Αυτό θα απαιτήσει τις μπαταρίες που είναι αποδοτικότερες, φτηνότερες και φιλικές προς το περιβάλλον.

 

Μια από τις εναλλακτικές λύσεις που μελετώνται σήμερα σε πολλά μέρη του κόσμου είναι η μπαταρία λίθιο-αέρα. Μερικές από τις βραζιλιάνες προσπάθειες στην αναζήτηση τέτοιας συσκευής παρουσιάστηκαν την ημέρα δύο της εβδομάδας Λονδίνο FAPESP, κράτησαν τις 11-12 Φεβρουαρίου 2019.

 

«Υπάρχει πολλή συζήτηση σήμερα για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Μερικές ευρωπαϊκές χώρες σκέφτονται επίσης για την απαγόρευση των μηχανών καύσεως. Επιπλέον, οι ανανεώσιμες πηγές όπως τη ηλιακή ενέργεια χρειάζονται τις μπαταρίες για να αποθηκεύσουν τι παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας,» εν λόγω Rubens Maciel Filho, ένας καθηγητής στη σχολή της χημικής εφαρμοσμένης μηχανικής του πανεπιστημίου του Καμπίνας (UNICAMP).

 

Η μπαταρία λίθιο-αέρα, αυτήν την περίοδο που λειτουργεί μόνο σε μια εργαστηριακή κλίμακα, χρησιμοποιεί το περιβαλλοντικό οξυγόνο ως αντιδραστήριο. Η μπαταρία αποθηκεύει την πρόσθετη ενέργεια μέσω μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης που οδηγεί στο σχηματισμό του οξειδίου λίθιου.

 

«Είναι ένας βιώσιμος τρόπος να αποθηκευτεί η ηλεκτρική ενέργεια. Με τις προόδους, μπορεί να υποστηρίξει τους πολυάριθμους κύκλους απαλλαγής/δαπανών. Έχει τη μεγάλη δυνατότητα για τη χρήση στη μεταφορά, στα ελαφριά και βαριά οχήματα ίδια. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής δύναμης,» είπε τον ερευνητή.

Αλλά η μετατροπή των πειραμάτων σε εμπορικά βιώσιμα προϊόντα περιλαμβάνει την κατανόηση των βασικών αρχών των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων που εμφανίζονται στη διαδικασία.

 

«Απαιτεί επίσης την ανάπτυξη των νέων υλικών που μας επιτρέπουν στις επιθυμητές αντιδράσεις δύναμης και ελαχιστοποιούν ή αποφεύγουν ανεπιθύμητες,» εν λόγω Maciel, διευθυντής του νέου κέντρου ενεργειακών νεωτερισμών (ΚΙΝΗΜΑΤΟΓΡΑΦΟΣ). Με τις μονάδες σε UNICAMP, το ερευνητικό κέντρο πυρηνικής ενέργειας (IPEN) και το ίδρυμα χημείας São Carlos στο πανεπιστήμιο São Paulo (USP), το κέντρο υποστηρίζεται από FAPESP και τη Shell κάτω από το στόχο του προγράμματος ερευνητικών κέντρων εφαρμοσμένης μηχανικής (ERC).

 

Πήγε για να εξηγηθεί ότι μερικά από τα φαινόμενα πρέπει να παρατηρηθούν στο operando, ή με άλλα λόγια, σε πραγματικό - χρόνος. «Η ιδέα είναι να παρακολουθήσει των αντιδράσεων που εμφανίζονται στα δυναμικά πειράματα και τα διαφορετικά χημικά είδη που διαμορφώνονται, ακόμα κι αν προσωρινά.

Διαφορετικά, μερικά από τα στάδια στη διαδικασία χάνονται και η μπαταρία γίνεται ανεπαρκής από την άποψη του χρόνου δαπανών και της διάρκειας της δαπάνης.»

Για να διευθύνουν αυτές τις μετρήσεις, οι ερευνητές χρησιμοποιούν το εθνικό ελαφρύ εργαστήριο το (LNLS) σύγχροτρων στο βραζιλιάνο κέντρο για την ελαφριά έρευνα στην ενέργεια και τα υλικά (CNPEM), που βρίσκεται στο Καμπίνας.

 

Ένα άλλο πρόγραμμα που παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια της συνόδου περιέλαβε τις μπαταρίες θείο-αέρα. Παρά την ύπαρξη όπως αποδοτική, είναι ανέξοδη και ενέργεια καταστημάτων για πολλές ώρες. «Μπορούν να αποθηκεύσουν την ενέργεια μέχρι και 24 ώρες με πολύ χαμηλότερο κόστος. Τα κύρια συστατικά του είναι θείο και καυστικό νάτριο και είναι εξαιρετικά ανέξοδα. Γίαυτό επενδύουμε σε τους, ο» εν λόγω Nigel Brandon, ένας καθηγητής στο αυτοκρατορικό κολλέγιο.

Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, οι μπαταρίες θείο-αέρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα σπίτια ή τις επιχειρήσεις. Ο Brandon θεωρεί, εντούτοις, ότι η μέγιστη δυνατότητά τους είναι στους σταθμούς χρέωσης για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οποία θα γίνουν πιό κοινά οφειλόμενα στον ευρωπαϊκό στόχο τη εκπομπή άνθρακα 80% ως το 2050.

 

«Είναι σημαντικό να υπογραμμιστεί το γεγονός ότι τα διαφορετικά προγράμματα μπαταριών δεν ανταγωνίζονται το ένα με το άλλο αλλά μάλλον συμπληρώνουν το ένα το άλλο,» ο εν λόγω Geoff Rodgers Brunel πανεπιστημιακό Λονδίνο, βοηθός συνόδου.

Ήλιος, υδρογόνο και βιολογικά καύσιμα

Οι αποδοτικότερες μπαταρίες είναι ιδιαίτερα σημαντικές σε ένα σενάριο στο οποίο η χρήση της ηλιακής ενέργειας αναμένεται για να αυξηθεί. Η μέγιστη ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της ημέρας θα απαιτήσει την ανάγκη για την αποδοτική αποθήκευση της ενέργειας έτσι μπορεί να στηριχθεί τη νύχτα.

Το Maciel μίλησε επίσης για ένα πρόγραμμα στον ΚΙΝΗΜΑΤΟΓΡΑΦΟ για να αναπτυχθούν τα αποδοτικότερα φωτοβολταϊκά κύτταρα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον για να μετατρέψουν τη ηλιακή ενέργεια στην ηλεκτρική ενέργεια για να λάβουν επίσης τα χημικά προϊόντα, ή ακόμα και το υδρογόνο από την υδρόλυση νερού.

Το υγρό υδρογόνο είναι πολύ αποδοτικά καύσιμα, αλλά η παραγωγή της συνεπάγεται τις υψηλής ενέργειας δαπάνες. Είναι μια από το εξέταση των επιλογών στο Ηνωμένο Βασίλειο δεδομένου ότι τα βιολογικά καύσιμα δεν είναι βιώσιμος τόσο όσο στη Βραζιλία.

«Ψάχνουμε τα νέα βακτηριακά ένζυμα για την οξείδωση lignin, ένα αρωματικό πολυμερές σώμα που αποτελεί περισσότερο από 25% των κυψελοειδών τοίχων εγκαταστάσεων και είναι μέρος του υπολείμματος παραγωγής βιολογικών καυσίμων. Ο στόχος είναι να αναπτυχθούν τα νέα προϊόντα όπως τα βιολογικά καύσιμα, τα νέα πλαστικά και τα χημικά προϊόντα για τη βιομηχανία, ο» εν λόγω Timothy Bugg του πανεπιστημίου Warwick.