Хоча людська діяльність спричинила зміну клімату багатьма способами, світові джерела виробництва електроенергії є одними з головних винуватців. Незважаючи на невеликі підйоми у постачанні вітрової та сонячної енергії, ми ще не досягли того моменту, коли ми зможемо витіснити викопне паливо, яке закріпилося в енергетичному балансі багатьох країн.

Але чому це все ще так?

Оскільки відновлювані джерела забезпечують періодичне постачання енергії, нам також потрібен спосіб зберігати цю енергію, щоб задовольнити попит мережі, коли сонце не світить або не дме вітер. Це серйозний виклик, оскільки перехід на відновлювану енергетику також вимагає створення довготривалих, безпечних і доступних систем зберігання енергії. Таким чином, пошук дешевої, безпечної та альтернативної літієвій батареї є ключем до переходу до повністю відновлюваної енергетики.

Окрім літій-іонних батарей

Як і у випадку з електромобілями, літій-іонні батареї стали популярним варіантом для мережі, оскільки вони пропонують модульне рішення для зберігання енергії з високою щільністю енергії. Але використання літій-іонних батарей також принесло свої проблеми, пов’язані з високою вартістю матеріалів, ризиком пожежі та вибуху та відсутністю методів переробки, що обмежує широке застосування літій-іонних батарей для мережі.

Одним із неймовірно перспективних варіантів заміни літію для зберігання енергії в мережевому масштабі є акумуляторна іонно-цинкова батарея. Виникли лише протягом останніх 10 років, цинк-іонні акумулятори мають багато переваг перед літієвими. До них належать дешевші витрати на матеріали, підвищена безпека та простіші варіанти переробки.

Завдяки потенціалу мережевого накопичення енергії за значно нижчою ціною — і вищим рівнем безпеки — широка комерціалізація цинк-іонних акумуляторів може бути саме тим, що необхідно для інтеграції відновлюваних джерел енергії в енергетичну інфраструктуру в Канаді та інших країнах.

Вартість акумулятора

Щоб Канада досягла цілей декарбонізації, встановлених у Канаді Закон про відповідальність за чисті викиди, включаючи мережу, яка на 90 відсотків живиться електроенергією з відновлюваних джерел, розгортання цинк-іонних акумуляторів матиме вирішальне значення.

Дослідження показали, що для того, щоб відновлювані джерела енергії стали джерелом від 90 до 95 відсотків усієї електроенергії, вартість накопичення енергії має бути нижче 150 доларів США/кВт-год. Сучасні літій-іонні системи є все ще становить близько 350 доларів США/кВт-год. Частково це пов’язано з високими витратами на виробництво та використанням дорогої сировини для досягнення високої щільності енергії, необхідної для сучасні електромобілі.

З іншого боку, цинково-іонні батареї можуть вирішити проблеми з вартістю та кількістю. Використання недорогих матеріалів у великій кількості, таких як цинк і марганець, не тільки здешевлює їх виробництво, але й знижує ризик перебоїв у ланцюзі поставок або дефіциту матеріалів, які впливають на літій-іонні матеріали, такі як літій і кобальт.

Команда річного виробництва цинку глобально більш ніж у 100 разів більше, ніж літій. Не кажучи вже про це Очікується, що попит на літій і кобальт перевищить пропозицію протягом наступного десятиліття.

Цинк є більш безпечним варіантом

з суворі стандарти безпеки будучи створеними для акумуляторів, які використовуються в будинках, на заводах або в електричній мережі, безпека є ключовою для того, щоб громадськість прийняла їх. Таким чином, цинк-іонні батареї пропонують додаткові переваги.

Команда легкозаймистий і токсичний розчинник на основі електроліту літій-іонних батарей замінюється альтернативою на водній основі, що усуває ризик пожежі та вибуху.

І навпаки, безпечна утилізація літій-іонних батарей також може бути складним завданням, оскільки вони містять токсичні сполуки. Переробка цих батарей наразі є економічно недоцільною через високу вартість що призводить до того, що велика кількість відпрацьованих клітин потрапляє на звалища.

На щастя, цинково-іонні батареї спрощують обробку після закінчення терміну служби. Це означає нетоксичний водний електроліт, який використовується в цинково-іонних батареях відомі методи, такі як утилізація свинцево-кислотних батарей може бути використаний. Крім того, металевий цинковий анод можна легко повторно використовувати в нових батареях.

Майбутнє зберігання енергії

Щоб досягти 90% відновлюваної енергії до 2030 року, Канада повинна шукати альтернативи літій-іонним батареям, щоб забезпечити декарбонізацію енергетичного сектора. Використовуючи переваги цинк-іонних акумуляторів від вартості, кількості та безпеки, Канада може прискорити інтеграцію вітрової та сонячної енергії по всій країні.

Цинк-іонні батареї підтримують цілі Канади щодо декарбонізації та доводять можливість отримати вигоду на швидко зростаючому ринку акумуляторів. Незважаючи на те, що цинк-іонні батареї є відносно новою технологією, їхній потенціал підтримувати мережеве зберігання енергії в Канаді та в усьому світі не можна недооцінювати.

За допомогою канадських досліджень і виробництва, в тому числі зусиль від Університет МакМастер і розташовані в Дартмуті, Нова Новина Salient Energy Inc., інтеграція цинк-іонних батарей може стати реальністю протягом наступних кількох років, утвердивши Канаду як лідера галузі.

про автора

Шторм Вільям Д Гурлі, кандидат хімічних наук, Університет МакМастер та Дрю Хіггінс, доцент кафедри хімічної технології, Університет МакМастер

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.