Новая жидкометаллическая батарея составит конкуренцию традиционному литий-ионному аккумулятору

Жидкометаллическая батарея, зеленая энергетика
Жидкометаллическая батарея не нуждается в сепараторах и снижает затраты на хранение энергии.

Жидкометаллическая батарея, созданная дочерней компанией Ambri из Массачусетского технологического института (MIT), будет введена в эксплуатацию уже в следующем году на объекте мощностью 300 кВтч в г. Аврора, штат Колорадо, сообщается в пресс-релизе компании.

 

Развитие возобновляемых источников энергии в виде солнечной и ветровой энергии заставляет инженеров думать и работать  над системами долгосрочного хранения энергии, которые могут поддерживать энергосистему в стабильном состоянии в периоды перебоев генерации электроэнергии.

 

Для этой цели сегодня внедрены решения на основе литий-ионных аккумуляторов, но они сопряжены с высокими затратами на хранение энергии в размере 405 долларов США за каждый кВтч. Но окончательный переход на возобновляемые источники энергии произойдет, если эти затраты снизятся до 20 долларов за кВтч, считают исследователи Массачусетского технологического института.

 

Чтобы приблизиться к этой цели почетный профессор Массачусетского технологического института Дональд Садоуэй начал работу по сокращению этих затрат. В результате , за десять лет работы,  батарея из жидкого металла приблизилась к коммерциализации и внедрению.

 

Что делает литий-ионные аккумуляторы дорогими?

 

Традиционные батареи сконструированы с использованием твердых электродов и жидкого электролита, что требует разделения такой батареи на отдельные блоки с помощью мембран и сепараторов.

 

Для увеличения плотности энергии в аккумуляторах приходится увеличивать их размеры, но расходы, связанные с дополнительными компонентами, увеличивают общую стоимость производства таких батарей.

 

В процессе зарядки и разрядки ионы мигрируют в электроды и из них, что приводит к расширению и сжатию материала этих компонентов. В течение нескольких циклов эта активность приводит к ухудшению качества используемых материалов и последующему снижению емкости аккумулятора. Поэтому литий-ионные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы.

 

Концепция жидкометалличских батарей от Sadoway требует меньшего количества компонентов в конструкции, что дает возможность существенного снижения затрат.

 

Как работает жидкометаллический аккумулятор?

 

Жидкометаллическая конструкция состоит из трех отдельных слоев жидкости, которые накладываются друг на друга по причине различий в их плотности .  Самым плотным является расплавленная сурьма, которая служит катодом, а самым легким является кальций, выполняющий роль анода. Зазор между ними перекрывает раствор соли хлорида кальция, который действует как электролит.

Жидкометаллическая батарея, зеленая энергетика
Принципиальная схема работы жидкометаллической батареи

В фазе разряда анод высвобождает ионы кальция, которые мигрируют к катоду, что приводит к образованию сплава кальция и сурьмы. На протяжении этого процесса разрядки отрицательный вывод полностью используется и впоследствии регенерируется во время последующего цикла зарядки.

 

Преимущество этого химического процесса заключается в отсутствии эффекта памяти внутри батареи, как утверждают ее создатели. По их словам, эта батарея может эффективно работать в течение двух десятков лет, не испытывая снижения производительности.

 

Поскольку они не использовали литий, группа исследователей не могли использовать последних достижений  технологии литий-ионных аккумуляторов .  Новые материалы породили новые сложности , которые необходимо решить команде, чтобы их батареи стали широко использоваться.

 

Компания Ambri была создана в 2010 году, и более десяти лет спустя ее решение по хранению энергии получило сертификат UL 1973, что позволяет использовать его как в стационарных, так и в вспомогательных силовых установках.

 

Прогнозируемая стоимость хранения энергии Ambri составляет около 200 долларов за кВтч, что почти на пятьдесят процентов ниже, чем у литий-ионных накопителей. Однако за счет существенно меньшего  воздействия на окружающую среду, а также будущего постепенного снижения стоимости эти батареи вполне смогут конкурировать с распространенными литий-ионными аккумуляторами.

 

Новая технология будет развернута в системе хранения  энергии мощностью 300 кВтч, построенной для коммунальной компании Xcel Energy в Авроре, штат Колорадо, и, как ожидается, будет введена в эксплуатацию к следующему году.  В будущем жидкометаллические батареи Ambri потенциально могут поддерживать центры обработки данных Microsoft, так как они уже были успешно опробованы американскими компаниями в прошлом году.