Tworzywa Sztuczne Przyszłością Systemów Magazynowania Energii

Odejście od baterii opartych na metalu może utorować drogę systemom magazynowania energii odnawialnej.

Farmy wiatrowe i słoneczne powstają na całym świecie w miarę odchodzenia od węgla i paliw kopalnych jako źródła energii. Alternatywy takie jak te są jednak głównie uzupełniające, dostarczając tylko niewielką część energii elektrycznej do sieci energetycznej ze względu na ich „przerywany” charakter. Nadwyżka podaży z wiatraków i ogniw słonecznych musi być magazynowana w taki sposób, aby w razie potrzeby była łatwo dostępna dla sieci, zwykle w godzinach szczytu.

Nadwyżka energii jest zwykle przechowywana w dużych bateriach litowo-jonowych, ale ta metoda niesie ze sobą obawy o zrównoważony rozwój. PolyJoule, start-up z Bostonu, ma nowe rozwiązanie dla systemów magazynowania energii na dużą skalę, które rozwiązuje te problemy, unikając stosowania metali.

Systemy magazynowania energii

W dążeniu do zerowej emisji netto systemy magazynowania energii akumulatorów (BESS) stają się niezwykle cennymi aktywami ułatwiającymi wykorzystanie energii odnawialnej. Głównym wyzwaniem dla odnawialnych źródeł energii, takich jak słońce i wiatr, jest ich nieciągła produkcja: jeśli wiatr nie wieje w porywach lub niebo jest zachmurzone, energia nie jest wytwarzana. W tym miejscu wkracza BESS, pracując nad magazynowaniem nadmiaru energii w okresach wysokiej produkcji, aby następnie wykorzystać ją w okresach niskiej produkcji. W ten sposób, gdy elektrownie na paliwa kopalne i elektrownie węglowe są wycofywane, zmagazynowana energia odnawialna może skutecznie utrzymywać niezawodne i stabilne dostawy do sieci energetycznej.

Oprócz większej sieci BESS ma zastosowania komercyjne i mieszkaniowe. Wykorzystując zaawansowane algorytmy oprogramowania, systemy te wybierają, kiedy przechowywać i uwalniać energię z magazynu. Uwolnienia w godzinach największego zapotrzebowania są znane jako szczytowe. Proces ten zmniejsza ilość kupowanej energii i łagodzi obciążenia sieci. W rezultacie istnieje mniejsza szansa na skoki napięcia i wzrost niezawodności sieci lokalnej.

Nawet poza siecią energetyczną magazynowanie energii może być jeszcze ważniejsze. Na przykład wiele społeczności w odległych lokalizacjach i krajach rozwijających się polega na zdecentralizowanych mikrosieciach, aby zapewnić energię. Ograniczony dostęp do dróg i duże odległości wymagane do transportu energii sprawiają, że opcje odnawialne są logicznym wyborem. Wyizolowany charakter tych społeczności oznacza, że solidne systemy pamięci masowej mają kluczowe znaczenie dla zaspokojenia ich potrzeb.

Tworzywa sztuczne nad metalami

Jednym z wyzwań związanych z opracowanym BESS jest jednak to, że akumulatory wymagane do magazynowania energii w sieci są znacznie większe niż te znajdujące się w pojazdach elektrycznych. Oznacza to, że wymagają znacznie większej ilości litu, pierwiastka bardzo pożądanego przez przemysł motoryzacyjny i wiele innych. Z takich powodów oczekuje się, że do 2030 r. popyt na pojazdy elektryczne wzrośnie dziesięciokrotnie, a lit i inne metale stosowane w akumulatorach pójdą w ich ślady.

Próbując całkowicie uniknąć tego wyzwania, PolyJoule opracował baterie oparte na tworzywach sztucznych zamiast na metalach.

Z punktu widzenia łańcucha dostaw, główną zaletą baterii opartych na tworzywach sztucznych jest fakt, że stosowane przez nie polimery mogą być wytwarzane z powszechnie stosowanych surowców przemysłowych. Rezultatem jest większa obfitość materiałów i ostatecznie mniejsze obciążenie łańcucha dostaw.

Baterie polimerowe zapewniają również poprawę bezpieczeństwa w stosunku do obecnego standardu branżowego. Podczas gdy akumulatory litowo-jonowe zawierają łatwopalne płynne elektrolity, które pomagają w przenoszeniu jonów, płyny potrzebne do przewodzącego akumulatora polimerowego są znacznie bardziej obojętne. Testy wykazały, że żadne przeładowanie, uszkodzenie lub zwarcie nie może spowodować utraty temperatury przez produkty PolyJoule. Brak ryzyka związanego z palnością oznacza brak kosztownego systemu kontroli temperatury i większe bezpieczeństwo dla użytkowników końcowych.

Dodatkowo nominalny zakres pracy baterii PolyJoule wynosi od -40 do 50^oC, podczas gdy przeciętny akumulator litowo-jonowy może działać tylko w zakresie od -20 do 50^oC. Biorąc pod uwagę zastosowanie BESS w odległych społecznościach, które mogą napotkać ekstremalne upały lub ekstremalne zimno, zdolność baterii polimerowej do działania w trudnych warunkach bez wymaganego systemu kontroli klimatu jest dużym atutem. Ponadto żywotność przewodzącego akumulatora polimerowego. PolyJoule spodziewa się, że mogą wytrzymać ponad 20 lat lub 12 000 cykli, co stanowi ponad dwukrotnie dłuższą żywotność przeciętnego akumulatora litowo-jonowego.

Obecnie doświadczamy globalnego ożywienia energii odnawialnej. Docelowe terminy wahają się od 2030 do 2050 roku, ale cel jest ten sam: wykorzystanie alternatywnych źródeł energii w celu osiągnięcia neutralności węglowej.

Technologia baterii stała się centralnym punktem, w szczególności baterie litowo-jonowe, ale wszystkie branże i aplikacje wykorzystujące niewielkie odmiany tych samych baterii stworzą ogromne zapotrzebowanie i stres na surowce. Zróżnicowane technologie akumulatorów, takie jak polimery przewodzące, mogą pomóc w przyspieszeniu planów i przekształceniu neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla z ideału w rzeczywistość. /Źródło: www.plasticstoday.com/