Хотя существует множество причин, по которым человеческая деятельность привела к изменению климата, глобальные источники производства электроэнергии являются одними из главных виновников. Несмотря на небольшой рост поставок ветровой и солнечной энергии, мы еще не достигли точки, когда мы сможем вытеснить ископаемое топливо, которое прочно укоренилось в структуре энергетики многих стран.

Но почему это все еще так?

Поскольку возобновляемые источники обеспечивают прерывистую подачу электроэнергии, нам также нужен способ хранить эту энергию, чтобы удовлетворить потребности сети, когда не светит солнце или не дует ветер. Это серьезная задача, поскольку переход на возобновляемые источники энергии также требует создания долговечных, безопасных и доступных систем хранения энергии. Таким образом, поиск дешевой, безопасной и альтернативной литиевой батареи является ключом к переходу к сектору полностью возобновляемой энергетики.

За пределами литий-ионных аккумуляторов

Как и в случае с электромобилями, литий-ионные аккумуляторы стали популярным вариантом для энергосистемы, поскольку они предлагают модульное решение для хранения энергии с высокой плотностью энергии. Но использование литий-ионных батарей также сопряжено с проблемами, связанными с высокой стоимостью материалов, риском возгорания и взрыва, а также отсутствием практики переработки, ограничивающей широкое внедрение литий-ионных батарей в энергосистему.

Одним из невероятно многообещающих вариантов замены лития для хранения энергии в масштабе сети является перезаряжаемая ионно-цинковая батарея. Появившиеся только в течение последних 10 летЦинк-ионные аккумуляторы имеют множество преимуществ перед литиевыми. К ним относятся более низкие затраты на материалы, повышенная безопасность и более простые варианты переработки.

Благодаря потенциалу накопления энергии в масштабе сети по значительно более низкой цене и более высокому уровню безопасности широкая коммерциализация ионно-цинковых батарей может быть именно тем, что необходимо для интеграции возобновляемых источников энергии в энергетическую инфраструктуру в Канаде и других странах.

Стоимость аккумулятора

Чтобы Канада достигла целей по декарбонизации, установленных в канадском Закон об ответственности за чистые нулевые выбросы, включая сеть, на 90 процентов работающую на возобновляемой электроэнергии., внедрение цинк-ионных батарей будет иметь решающее значение.

Исследования показали, что для того, чтобы возобновляемые источники энергии стали источником 90–95 процентов всей электроэнергии, необходимо стоимость хранения энергии должна быть ниже 150 долларов США/кВтч.. Современные литий-ионные системы все еще сидит на уровне 350 долларов США/кВтч. Частично это связано с высокими производственными затратами и использованием дорогостоящего сырья для достижения высокой плотности энергии, необходимой для производства. современные электромобили.

С другой стороны, ионно-цинковые батареи могут решить проблемы стоимости и изобилия. Использование недорогих и доступных материалов, таких как цинк и марганец, не только удешевляет их производство, но и снижает риск сбоев в цепочке поставок или нехватки материалов, которые влияют на литий-ионные материалы, такие как литий и кобальт.

Ассоциация годовое производство цинка глобально это более чем в 100 раз больше, чем у лития. Не говоря уже об этом Ожидается, что спрос на литий и кобальт превысит предложение в течение следующего десятилетия..

Цинк – более безопасный вариант

Доступно строгие стандарты безопасности поскольку они создаются для батарей, используемых в домах, на заводах или в электросетях, безопасность является ключом к тому, чтобы общественность приняла их. Таким образом, ионно-цинковые батареи имеют дополнительные преимущества.

Ассоциация легковоспламеняющийся и токсичный электролит литий-ионных аккумуляторов на основе растворителя заменяется альтернативой на водной основе, что устраняет риск возгорания и взрыва.

И наоборот, безопасная утилизация литий-ионных аккумуляторов также может оказаться сложной задачей, поскольку они содержат токсичные соединения. Переработка этих аккумуляторов в настоящее время экономически нецелесообразна из-за высоких затрат. что приводит к тому, что большое количество отработанных клеток оказывается на свалках.

К счастью, ионно-цинковые батареи упрощают обработку по окончании срока службы. Нетоксичный водный электролит, используемый в цинк-ионных батареях, означает, что хорошо зарекомендовавшие себя методы, такие как методы утилизации свинцово-кислотных аккумуляторов. может быть использован. Кроме того, металлический цинковый анод можно легко повторно использовать в новых батареях.

Будущее за хранением энергии

Чтобы достичь своей цели по достижению 90 процентов возобновляемой энергии к 2030 году, Канада должна искать альтернативы литий-ионным батареям, чтобы обеспечить декарбонизацию своего энергетического сектора. Используя стоимость, изобилие и безопасность цинк-ионных батарей, Канада может ускорить интеграцию ветровой и солнечной энергии по всей стране.

Цинк-ионные аккумуляторы поддерживают цели Канады по декарбонизации и предоставляют возможность извлечь выгоду из быстро расширяющегося рынка аккумуляторов. Хотя ионно-цинковые батареи являются относительно новой технологией, их потенциал для хранения энергии в масштабе сети в Канаде и во всем мире нельзя недооценивать.

С помощью канадских исследований и производства, включая усилия Университет МакМастер и Дартмут, штат Северная Каролина Салиент Энерджи Инк.интеграция ионно-цинковых батарей может стать реальностью в течение следующих нескольких лет, что сделает Канаду лидером отрасли.

Об авторе

Сторм Уильям Д. Горли, кандидат химических наук, Университет МакМастер и Дрю Хиггинс, доцент кафедры химической технологии, Университет МакМастер

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.