Lithium-luft-batterier kan lagre energi til biler, huse og industri

Den nuværende lithium-ion batteriteknologi vil formentlig ikke være i stand til at håndtere de kommende årtiers enorme efterspørgsel efter energi. Det anslås, at i 2050 elektricitet vil udgøre 50 procent af verdens energimix. I dag, den sats er 18 procent. Men den installerede kapacitet til produktion af vedvarende energi forventes at firedobles. Dette vil kræve batterier, der er mere effektive, billigere og miljøvenlige.

Et af de alternativer, der undersøges i dag i mange dele af verden, er lithium-luftbatteriet. Nogle af de brasilianske bestræbelser på at søge efter en sådan enhed blev præsenteret på dag to af FAPESP Week London, afholdt 11-12 februar, 2019.

"Der tales i dag meget om elbiler. Nogle europæiske lande tænker også på at forbyde forbrændingsmotorer. Derudover vedvarende kilder som solenergi har brug for batterier til at lagre det, der genereres i løbet af dagen gennem solstråling, " sagde Rubens Maciel Filho, en professor ved School of Chemical Engineering ved University of Campinas (UNICAMP).

Lithium-luft-batteriet, fungerer i øjeblikket kun i laboratorieskala, bruger omgivende oxygen som reagens. Batteriet lagrer yderligere energi gennem en elektrokemisk reaktion, der resulterer i dannelsen af ​​lithiumoxid.

"Det er en bæredygtig måde at lagre elektrisk energi på. Med fremskridt, den kan understøtte adskillige afladnings-/opladningscyklusser. Det har et stort potentiale til brug i transport, i både lette og tunge køretøjer. Det kan også fungere i eldistributionsnetværk, " sagde forskeren.

Men at omdanne eksperimenter til kommercielt levedygtige produkter indebærer forståelse af det grundlæggende i de elektrokemiske reaktioner, der opstår i processen.

"Det kræver også udvikling af nye materialer, der giver os mulighed for at udnytte ønskelige reaktioner og minimere eller undgå uønskede, " sagde Maciel, direktør for New Energy Innovation Center (CINE). Med enheder på UNICAMP, Nuclear Energy Research Institute (IPEN) og São Carlos Chemistry Institute ved University of São Paulo (USP), centret er støttet af FAPESP og Shell inden for rammerne af Engineering Research Centers Program (ERC).

Han fortsatte med at forklare, at nogle af fænomenerne skal observeres i operando, eller med andre ord, i realtid. "Ideen er at holde styr på de reaktioner, der opstår i dynamiske eksperimenter, og de forskellige kemiske arter, der dannes, selvom det er midlertidigt.

Ellers, nogle af faserne i processen går tabt, og batteriet bliver ineffektivt med hensyn til opladningstid og opladningsvarighed."

For at udføre disse målinger, forskerne bruger National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) ved det brasilianske center for lysforskning i energi og materialer (CNPEM), beliggende i Campinas.

Et andet projekt, der blev præsenteret under sessionen, involverede svovl-luft-batterier. Selvom det ikke er så effektivt, de er billige og gemmer energi i mange timer. "De kan lagre energi i op til 24 timer til en meget lav pris. Dens hovedingredienser er svovl og kaustisk soda, og de er ekstremt billige. Det er derfor, vi investerer i dem, " sagde Nigel Brandon, professor ved Imperial College.

På grund af disse egenskaber, svovl-luft-batterier kan bruges i hjem eller virksomheder. Brandon mener, imidlertid, at deres største potentiale ligger i ladestandere til elbiler, hvilket vil blive meget mere almindeligt på grund af det europæiske mål om at reducere CO2-udledningen med 80 procent inden 2050.

"Det er vigtigt at understrege, at de forskellige batteriprojekter ikke konkurrerer med hinanden, men snarere supplerer hinanden, " sagde Geoff Rodgers fra Brunel University London, session facilitator.

Sol, brint og biobrændstoffer

Mere effektive batterier er særligt vigtige i et scenarie, hvor brugen af ​​solenergi forventes at stige. Den højeste solstråling i løbet af dagen vil kræve behovet for effektiv lagring af energi, så den kan trækkes på om natten.

Maciel talte også om et projekt på CINE for at udvikle mere effektive fotovoltaiske celler, der i fremtiden kunne bruges til at omdanne solenergi til elektricitet også for at opnå kemiske produkter, eller endda brint fra vandhydrolyse.

Flydende brint er et meget effektivt brændstof, men dets produktion medfører høje energiomkostninger. Det er en af ​​mulighederne, der overvejes i Det Forenede Kongerige, da biobrændstoffer ikke er så levedygtige som i Brasilien.

"Vi leder efter nye bakterielle enzymer til oxidation af lignin, en aromatisk polymer, der udgør mere end 25 procent af plantecellevæggene og er en del af resten af ​​biobrændstofproduktionen. Målet er at udvikle nye produkter såsom biobrændstoffer, nye plast- og kemiske produkter til industrien, " sagde Timothy Bugg fra University of Warwick.