Od telefonu komórkowego, po samochód elektryczny – wszędzie możemy znaleźć baterie litowo-jonowe. Nie są wolne od wad, więc trwają poszukiwania realnych alternatyw. Słychać na przykład o bateriach alkalicznych ze stałym elektrolitem, czy o nowym stopie aluminium, który może się stać źródłem wodoru dla ogniw paliwowych.
Elektrownie szczytowo-pompowe i zapory, technologie power-to-gas, tradycyjne akumulatory, ogniwa paliwowe – wyścig za coraz bardziej efektywnymi metodami magazynowania energii przypomina poszukiwania legendarnego św. Graala. W ostatnich latach presja na to, by skutecznie gromadzić energię rośnie ze względu na rozwój odnawialnych źródeł energii czy samochodów elektrycznych. Według firmy badawczej IHS Markit, rynek magazynowania energii rozwinie się z 3 GW pod koniec 2016 r., do 28 GW w roku 2022. Poszukiwane są nowoczesne technologie, które zrewolucjonizują magazynowanie energii zarówno na niewielką skalę, do zastosowań przenośnych, jak i te wielkie – do zastosowań sieciowych.
Baterie litowo-jonowe na naszych oczach weszły do powszechnego użytku. Największy taki magazyn, bo o mocy aż 100 MW, Tesla ma postawić w Australii, by zapewnić bezpieczeństwo dostaw prądu.
Dotychczasowy rekord wielkości magazynu opartego na systemie bateryjnym wynosi 30 MW i należy do firmy AES (już niedługo Fluence, po uzyskaniu zgód potrzebnych do połączenia sił z Siemensem).
Baterie litowo-jonowe nie są jednak pozbawione wad: są dość drogie (w przypadku aut elektrycznych stanowią połowę kosztu), starzejąc się tracą pojemność, są wrażliwe na zmiany temperatur. Cały czas poszukiwane są też baterie o większej gęstości, co pozwoliłoby np. zwiększyć dystans osiągalny dla samochodów elektrycznych.
Amerykański startup Ionic Materials zaprezentował ostatnio baterią alkaliczną ze stałym elektrolitem, która może być wielokrotnie ładowana. Z kolei naukowcy pracujący dla armii Stanów Zjednoczonych – jak twierdzą przez przypadek – odkryli stop aluminium, który w reakcji z wodą wytwarza wodór, który można wykorzystać do zasilania ogniw paliwowych.
Naukowcy z Ionic Materials , którymi kieruje Mike Zimmerman, założyciel i prezes spółki, opracowali stały elektrolit polimerowy, który przewodzi jony w temperaturze pokojowej i może zrewolucjonizować rynek baterii. Elektrolit stworzony przez Ionic w szerokim zakresie temperatur ma lepsze właściwości nie tylko w porównaniu z istniejącymi już stałymi elektrolitami polimerowymi, ale także w stosunku do wykorzystywanych w bateriach alkalicznych płynnych elektrolitów.
Zaletami alkalicznych baterii wykorzystujących elektrolit polimerowy opracowany przez Ionic są niższa niż w przypadku baterii litowo-jonowych cena i większe bezpieczeństwo, a także odporność na uszkodzenia. W odróżnieniu od baterii litowo-jonowych nie grozi im samozapalenie, poza tym nie istnieje ryzyko wylania elektrolitu, tak jak może zdarzyć się w przypadku baterii alkalicznych z płynnym elektrolitem.
Zaletą w porównaniu z wieloma innymi bateriami alkalicznymi jest możliwość wielokrotnego ładowania. Skonstruowany prototyp może być ładowany 400 razy, zaś trwają prace, by ten parametr zwiększyć trzykrotnie.
Wadą baterii z elektrolitem polimerowym jest to, że są cięższa niż bateria litowo-jonowe o tej samej pojemności. Jak twierdzą naukowcy z Ionic Materials, z czasem uda się obniżyć ich wagę, bo trwają prace nad zastąpieniem używanego w produkcji cynku przez lżejsze aluminium. Jeśli się to powiedzie, będą nie tylko lżejsze niż baterie litowo-jonowe, ale także tańsze niż produkowane dziś baterie alkaliczne.
Jak ocenia Bill Joy – w przeszłości współzałożyciel Sun Microsystems, potem partner w firmie inwestycyjnej Kleiner Perkins Caufield & Byers, a obecnie jeden z guru Krzemowej Doliny i członek rady nadzorczej Ionic Materials – dalsze badania i komercjalizacja technologii zajmie ok. pięciu lat.
Alkaliczne baterie, które można wielokrotnie ładować, to nie jedyny potencjalny rywal baterii litowo-jonowych. To, że ogniwa paliwowe mogą być alternatywą dla baterii litowo-jonowych wiadomo od dawna. Problemem jest bezpieczne i efektywne zasilanie ich wodorem.
Jak właśnie ujawniono, w styczniu badacze pracujący dla armii USA pracujący nad nowym stopem aluminium o wysokiej wytrzymałości przez przypadek rozlali wodę na stop i wówczas zaczął się wydzielać wodór. Zazwyczaj aluminium wystawione na działanie wody szybko pokrywa się tlenkiem, który skutecznie wstrzymuje dalsze reakcje. Na dodatek produkcja wodoru z wykorzystaniem aluminium i wody wymaga czasu i albo wysokiej temperatury, albo użycia katalizatora. W przypadku nowego stopu – trwają prace nad jego opatentowaniem – reakcja zaczęła się w temperaturze pokojowej po trzech minutach.
