Folyékony fém akkumulátor jelenhet meg a jövőben

A költség döntő tényező minden akkumulátor esetében, amely életképes megoldásként szolgálhat a megújuló energia hálózaton történő tárolására. Az MIT kutatóinak elemzése kimutatta, hogy az energiatárolás kilowattóránként mindössze 20 amerikai dollárba kerülne ahhoz, hogy a hálózat teljes mértékben szél- és napenergiával működjön.

A Pacific Northwest National Laboratory jelentése szerint egy teljesen telepített, 100 megawattos, 10 órás hálózati tároló lítium-ion akkumulátorrendszer most körülbelül 405 dollárba kerül kWh-nként. Egy folyékony fém akkumulátor, amelyet 2024-re terveznek megvalósítani, jelentősen csökkentheti az energiatárolási költségeket.

Donald Sadoway anyagkémikus és az MIT emeritus professzora a megfizethetőséget tartotta szem előtt az évek során kifejlesztett számos akkumulátor-találmánya során, beleértve a nemrégiben megjelent alumínium-kén akkumulátort is. Az alacsony költség motiválta az olvadt fémelektródákat és egy olvadt sóelektrolitot tartalmazó folyékony fém akkumulátort is, amelyet ő talált ki, majd 2010-ben az Ambri nevű startup társalapításával kereskedelmi forgalomba hozott.

A vállalat szerint az Ambri hálózati akkumulátora 180-250 dollárba kerül kWh-nként, mérettől és időtartamtól függően. A Sadoway és munkatársai 2021 októberében a Renewable and Sustainable Energy Reviews folyóiratban közzétett tanulmány szerint azonban 2030-ra az ára körülbelül 21 USD/kWh lesz.

A Marlborough (Mass.) cég pedig készen áll az első közműtelepítésre. Az Ambri és az Xcel Energy közműcég 2024 elején kezdi meg egy 300 kWh-s rendszer telepítését Aurorában, Colo.-ban; a rendszernek az adott év végére teljes mértékben működőképesnek kell lennie.

A folyékony fém akkumulátor alacsonyabb költsége a lítium-ionhoz képest egyszerűbb anyagoknak, kémiának és rendszerkialakításnak, valamint hosszabb élettartamának köszönhető, mondja Sadoway.

„A folyékony-fém akkumulátor koncepciója egyedülállóvá teszi a helyhez kötött tároláshoz. Nem gyúlékony, ellentétben a lítiummal. És ellenáll a kapacitáscsökkenésnek. Több ezer töltési ciklusról van adatunk, ami több éves működést jelent. Ennek a dolognak 20 évig kell működnie, és még mindig meg kell őriznie kapacitásának 95 százalékát.”

A hagyományos akkumulátorok jellemzően két szilárd elektródából – a lítium-ion akkumulátorok esetében grafitból és egy lítium-fém-oxidból – és egy folyékony elektrolitból készülnek, elválasztókkal, membránokkal és egyéb költségnövelő elemekkel. A töltési és kisütési ciklusok során, amikor az elektrolitból az ionok az elektródákba és onnan ki áramlanak, a szilárd anyagok kitágulnak és összehúzódnak. Az ismételt térfogat-változások idővel széttörik a részecskéket, ami az akkumulátor kapacitásának csökkenését okozza.

Az Ambri folyékony-fém akkumulátora három, sűrűség alapján egymásra helyezett folyadékrétegből áll. A legsűrűbb, egy olvadt antimon katód van alul, a könnyű kalciumötvözet anód van felül, a közepes sűrűségű kalcium-klorid só elektrolit pedig középen. „Gondoljunk a salátaolajra és az ecetre – mondja Sadoway –, kivéve, hogy itt három réteg van, és elválik egymástól, mert nem keverednek össze.”

A folyékony-fém kialakítás kevesebb alkatrészt igényel, és a kémia az ötvözésen alapul, így nincs szilárd anyag bomlás, mondja Sadoway. A kisülés során a kalcium-anód kalciumionokat szabadít fel, amelyek az elektroliton keresztül a katódra mozognak, ahol kalcium-antimon ötvözetet képeznek. Töltés közben a folyamat megfordul. „Nincs membrán, nincs elválasztó” – mondja Sadoway. „Az egyszerűség ezen elemei összeegyeztethetők a rugalmassággal.”

Tíz évvel ezelőtt az Ambri lítiummal vagy magnéziummal kísérletezett anódként. A kalciumra való átállás a költségek alacsonyan tartását célozta, mondja Sadoway.

Az akkumulátor újszerű kémiájának egyik hátránya azonban a hosszú út a telepítésig. „Amikor elindultunk a kereskedelmi forgalomba hozatal felé, nem volt senki, akire támaszkodhattunk volna” – mondja Sadoway. „A lítium-ion gyártásban elért összes fantasztikus előrelépés ebben az esetben gyakorlatilag nem alkalmazható. Más a kémia, más a forma. Tehát mindent fel kellett találnunk, beleértve a gyártógépeket is.”

A vállalat most nagy mennyiségű akkumulátort rendelt a Microsofttól, amely el kíván távolodni a dízelgenerátoroktól, mint tartalék energiaforrásoktól adatközpontjaiban. A Microsoft tavaly tesztelte az Ambri akkumulátorát.

Ahogy az Ambri növekszik, biztosítania kell az állandó antimonellátást. Az Intel Investor szerint ma a világ antimonjának közel 90 százaléka Kínából, Oroszországból és Tádzsikisztánból származik. 2021 augusztusában az Ambri szállítási megállapodást írt alá a Perpetua Resources-szal, amely a kevés amerikai antimongyártó egyike.

A Molten Metals Corp., egy kanadai ásványkutató cég is folytat antimontermelést Észak-Amerikában. A cég kitermelési jogokkal rendelkezik egy új-skóciai antimonbányában, amely az 1960-as évek óta elhagyatott. A Molten Metals képviselője, Brooklyn Reed azt mondja, hogy a vállalat együtt dolgozik a meglévő földtulajdonosokkal a bányászati ​​tevékenység újraindításán.

„Észak-Amerikában van antimon; nem csak Kínában található meg” – mondja Sadoway. „Nem kell folyton több erőforrást keresni, ha kielégíted a piaci igényeket. Az antimonszükségletet egyelőre ki tudjuk elégíteni, a kínálat pedig lépést tudna tartani a növekedéssel. Ahogy ezek az igények nőnek, áttérhetünk a nagyobb források keresésére. Nem kérünk többet, mint amennyi a földkéregben elérhető.”

Forrás: spectrum.ieee.org

Lépjen kapcsolatba velünk

Budapest, Than Károly u. 3, 1119
(1) 371 5936