Baterie przyszłości do odnawialnych źródeł energii
Poszukiwanie najbardziej wydajnej technologii baterii jest kluczowym krokiem w dążeniu do przejścia na korzystanie wyłącznie z odnawialnych źródeł pozyskiwania energii. Wraz ze wzrostem potrzeby magazynowania energii odnawialnej oraz zapotrzebowania na pojazdy elektryczne (EV), badacze i firmy przesuwają granice nauki o materiałach, aby opracować baterie, które są nie tylko wydajne i szybkie, ale również ekonomiczne i zrównoważone.
Pod przewodnictwem Maksyma Kovalenki grupa badawcza Empa bada nowe materiały i procesy produkcyjne, aby stworzyć baterie przyszłości. Naukowcy skupiają się na dwóch głównych zagadnieniach, stworzeniu baterii do samochodów elektrycznych, które muszą być małe, lekkie i szybkie, oraz stacjonarnych baterii magazynujących, które będą niedrogimi rozwiązaniami do przechowywania elektryczności z odnawialnych źródeł, takich jak wiatr i słońce.
Udoskonalenie elektrolitów stałych do wykorzystania w bateriach o stałym stanie skupienia należy do najbardziej obiecujących osiągnięć w tej dziedzinie. Baterie stanu stałego przewodzą jony litowe za pomocą stałej warstwy, w przeciwieństwie do typowych baterii litowo-jonowych, które wykorzystują elektrolity ciekłe. Eksperci Empa udoskonalili stały elektrolit znany jako tlenek lantanu cyrkonu litu (LLZO), który ma wysoką przewodność jonową i stabilność chemiczną. Stworzyli oni dwuwarstwową membranę LLZO z gęstymi i porowatymi warstwami. To pozwala na dużą powierzchnię kontaktu między litowaniem a elektrolitem, jednocześnie utrzymując niską gęstość prądu i zapobiegając wzrostowi dendrytów, które mogłyby prowadzić do zwarcia.
W dziedzinie magazynowania stacjonarnego koszty są kluczowe. Naukowcy z Empa zaczęli badać żelazo, jeden z najczęściej spotykanych pierwiastków na Ziemi, aby sprostać temu wyzwaniu. Wytworzyli hydroksyfluorek żelaza poprzez łączenie żelaza z fluorem, aby stworzyć materiał katodowy. Ten materiał jest tani i ma wyjątkową strukturę krystaliczną, która ułatwia ruch jonów litowych. To oferuje stabilną i niedrogą alternatywę dla obecnych baterii litowo-jonowych.
Korporacja Saft, lider w produkcji baterii, również bada nowe horyzonty technologiczne w tej dziedzinie. Dyrektor ds. badań Patrick Bernard wyróżnił trzy przełomowe technologie baterii:
Baterie litowo-jonowe nowej generacji, które za pomocą nowych związków mogą magazynować więcej litu, te baterie mają nadzieję przekroczyć limity energetyczne obecnej technologii litowo-jonowej, łącząc energię i moc przy jednoczesnym wykorzystaniu rzadkich surowców.
Baterie litowo-siarkowe (Li-S) ze względu na swoją niezwykle wysoką gęstość energii, która jest do czterech razy większa niż baterii litowo-jonowych. Baterie Li-S są idealne do wykorzystania w sektorach lotniczych i kosmicznych. Metoda Saft w technologii Li-S korzysta z elektrolitów stałych, które zapewniają wysoką gęstość energii, długą żywotność i pokonują wady baterii litowo-siarkowych opartych na cieczy.
Baterie o stałym stanie skupienia – są to niepalne baterie, które zastępują ciekły elektrolit stałym związkiem, co stanowi znaczącą zmianę technologiczną. Ponadto pozwalają na stosowanie materiałów o wysokim napięciu i dużej pojemności, co prowadzi do bardziej kompaktowych, lżejszymi baterii z niższym samorozładowaniem.
Postępy w technologii baterii nie są tylko odkryciami naukowymi, ale są również kluczowymi krokami w kierunku przyszłości, w której można będzie magazynować i wykorzystywać energię odnawialną w sposób, który uczyni świat bardziej czystym i zrównoważonym. Następna generacja baterii jest gotowa przełamać obecne ograniczenia, oferując większą wydajność, bezpieczeństwo i cenę.
Szymon Ślubowski
