Inovacije u dizajnu baterije u 2018. godini

Godina velikih noviteta i odmicanja od standarda u području pohrane energije

Načini skladištenja svima nam prijeko potrebne energije danas se sve više nastoje unaprijediti, a godina na izmaku obogatila je ovo istraživačko područje brojnim novima idejama – od betonskog tornja do „fleksibilne“ baterije. Koje će od predstavljenih inovacija uistinu zaživjeti u praksi, a koje će ostati „samo ideje“ pokazat će 2019. godina!

Bez nje ne možemo!

Pristup energiji gdje god i kad god je trebamo temelj je velikog dijela suvremenog društva. Njome zimi održavamo željenu toplinu prostora, hladimo se ljeti, zabavljamo tijekom cijele godine te održavamo hranu sigurnom za jelo.

Danas se konstantno radi na pronalaženju adekvatnih načina skladištenja energije, od novih vrsta materijala i elektrolita, do potpuno novih oblika i izdanja same baterije. U nastavku navodimo i ukratko opisujemo pet inovacija na području skladištenja energije koje su obilježile 2018. godinu, a čiji koncepti potiču na razmišljanje izvan standardnih okvira.

Skladištenje energije u tornju od betonskih blokova

Razmotrite uobičajenu oprugu. Kada takvu oprugu stlačite prstima, ona ima potencijalnu energiju. Ako joj zatim dopustite da se rastegne, potencijalna energija opruge pretvara se u kinetičku. Sada zamislite primjenu ovog principa energije opruge na toranj od betonskih blokova, sa šesterokrakom dizalicom koja djeluje kao prst.

Prilikom punjenja, dizalica podiže blokove s tla i slaže ih u oblik tornja oko sebe, a prilikom pražnjenja, podignuti betonski blokovi se pod utjecajem gravitacije spuštaju na tlo te se tako dobivena kinetička energija prevodi u električnu. / Foto: Energy Vault

Upravo je to vizija švicarske start-up tvrtke Energy Vault, koja razvija novu vrstu „baterije“, projektiranu za skladištenje energije dobivene iz obnovljivih izvora kao što su vjetar i Sunce u betonskim tornjevima veličine nebodera. Prilikom punjenja, dizalica podiže blokove s tla i slaže ih u oblik tornja oko sebe. Prilikom pražnjenja, podignuti betonski blokovi se pod utjecajem gravitacije spuštaju na tlo te se tako dobivena kinetička energija prevodi u električnu.

Ovakav betonski toranj projektiran je na sličnoj pretpostavki kao i reverzibilna hidroelektrana. U takvim hidroelektranama voda se pumpa do spremnika za vrijeme razdoblja niske potrošnje električne energije mreže, a zatim „hvata“ energiju koja se generira pri otpuštanju tako sakupljene vode kroz turbine. U Energy Vaultu navode da bi njihovo rješenje moglo zadržati kapacitet od 35 megavatsati (MWh) te pružiti učinkovitost od 90 posto. Prvi ovakav sustav bit će postavljen 2019. godine u Indiji.

Baterije koje su napravljene da odgovaraju uređaju, a ne da se uređaj prilagođava njima

Daljinski upravljač televizora, ručni sat i ručna svjetiljka su predmeti koje svakodnevno koristimo te pri čijem se dizajniranju uzima u obzir to kakva baterija im je potrebna. Ali što ako bi baterije bile napravljene tako da odgovaraju bilo kojem prethodno određenom dizajnu proizvoda, bez potrebe prilagođavanja oblika proizvoda bateriji?  

U listopadu 2018. godine, znanstvenici na Sveučilištu Texas State i Sveučilištu Duke našli su način kako isprintati 3D baterije iz plastike poznate pod nazivom polilaktična kiselina (PLA) u teorijski bilo kojem obliku. To je uključivalo dodatne eksperimente, jer PLA u svom uobičajenom stanju nije ionski vodič.

U 3D bateriju u obliku kovanice instalirana je na narukvicu opremljenu LED svjetlom koja je mogla svijetliti oko 60 sekundi / Foto: American Chemical Society

Znanstvenici su ovaj problem riješili infuzijom materijala s koktelom etil metil karbonata, propilen karbonata i litij-perklorata. Također, za anodu baterije koristili su grafen, a ugljikove nanocijevi u katodi.

Kroz ova unaprjeđenja, tim je uspio isprintati 3D ćelije baterije u obliku kovanice koja zapravo funkcionira. Tako izrađenu bateriju instalirali su na narukvicu opremljenu LED svjetlom koja je mogla svijetliti oko 60 sekundi. To je, naravno, daleko od njezine praktične svrhe, no kako znanstvenici sada rade na poboljšanju kapaciteta svojih baterija, one bi jednoga dana mogle otvoriti neke vrlo interesantne mogućnosti u području dizajna proizvoda.

„Sunce u kutiji“

MIT-ov (Massachusetts Institute of Technology) fuzijski reaktor, takozvano „Sunce u kutiji“, oslanja se na trenutnu tehnologiju poznatu kao sustav rastaljenih soli, gdje se energija skladišti u obliku topline. U takvim sustavima, toplina se može skladištiti u rastaljenim solima kroz duži vremenski period i otpuštati za zagrijavanje vode, a dobivena para pokreće turbinu za generiranje električne energije.

Istraživači s MIT-a osmislili su sustav koji umjesto soli koristi rastaljeni silicij koji je sposoban pohraniti više topline i nije korozivan pri visokim temperaturama. Također, za razliku od korištenja izmjenjivača topline za zagrijavanje vode i generiranje električne energije, sustav s ćelijom rastaljenog silicija je u mogućnosti koristiti višenamjenske fotonaponske solarne ćelije za generiranje električne energije iz svjetlosti koju emitira silicij.

MIT-ov fuzijski reaktor, takozvano „Sunce u kutiji“ / Render: MIT

„Sunce u kutiji“ testirano je do sada u minijaturnom spremniku, no istraživači kažu da bi ga se već moglo primijeniti i na sustav s dva spremnika od po 10 metara, što bi osiguralo dovoljno energije za 100 tisuća domova. Također, navode kako bi ovakav dizajn mogao biti implementiran bilo gdje te bi bio mnogo jeftiniji od trenutnog zlatnog standarda u skladištenju energije – reverzibilne hidroelektrane.

„Ovo je geografski neograničeno i jeftinije rješenje od reverzibilnih hidroelektrana“, rekao je Asegun Henry, vodeći istraživač. „U teoriji, ovo je temelj/glavnina za omogućavanje da obnovljivi izvori energije napajaju cijelu električnu mrežu.“

Baterija s neočekivano brzim punjenjem

Standardne baterije koje danas koristimo sastoje se od katode na jednom kraju i anode na drugom, s neprovodljivim separatorom u sredini. Znanstvenici na Sveučilištu Cornell udružili su svoje snage u bateriju zanimljivog dizajna koja isprepliće navedene komponente u konfiguraciju koja joj omogućuje punjenje u samo nekoliko sekundi.

Ključ ovakve baterije je porozna priroda anodne strukture koja sadrži tisuće sićušnih pora širine svega 40 nanometara koje su ispunjene s drugim bitnim komponentama baterije. To uključuje materijal za odvajanje ionskih vodiča zajedno sa sumporom, koji služi kao katoda spiralne baterije, te malu količinu vodljivog polimera.

Spiralna baterija zanimljivog dizajna razvijena je na Sveučilištu Cornell / Render: Weisner Group

Dakle, unutar svake od tih tisuća pora je sve potrebno za skladištenje i isporuku energije, što samu poru u biti čini malom sićušnom baterijom. Njihovo smanjivanje na nanoskalu nudi daleko veću gustoću energije, što znači da se energiji može pristupiti mnogo lakše nego u običnoj bateriji.

„Ovakva baterija će se napuniti čim stavite svoj kabel u utičnicu, u sekundi, možda čak i brže“, rekao je istraživač Ulrich Wiesner, govoreći o tome kako bi potpuno razvijena verzija ovakve „obrnute“ baterije mogla funkcionirati.

„Fleksibilna“ baterija

Baš poput prije navedene 3D printane PLA baterije, fleksibilne baterije obećavaju implementaciju funkcionalnosti pohrane energije u proizvode zanimljivih oblika i veličina. Jedan vrlo zanimljiv primjer toga je baterija napravljena ove godine na Sveučilištu Columbia inspirirana ljudskom kralježnicom.

Naime, ovakva baterija sastoji se od različitih sklopova koji sadrže katode, anode, separatore i tekuće kolektore, a ove jedinice međusobno su povezane takozvanim „pružateljima fleksibilnosti“. Baš kao što diskovi i ligamenti našoj kralježnici omogućuju savijanje, ovi pružatelji fleksibilnosti omogućavaju bateriji da se izvrne i iskrivljuje, a da pri tome zadrži stabilan napon.

Prototip fleksibilne baterije / Foto: Columbia University

Iako znanstvenici još ne žele otkriti od čega su točno napravljeni ti pružatelji fleksibilnosti, oni tvrde da se njihova fleksibilna baterija može pohvaliti najvećom gustoćom energije u svojoj klasi te je sposobna za oko 85 posto pohrane i isporuke energije današnje obične litij-ionske baterije.

Barbara Kalebić / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

Crna Gora daje u zakup zemljište za vjetropark na lokalitetu Brajići

Ministarstvo gospodarstva Crne Gore raspisalo je tender za dugoročni zakup zemljišta u državnom vlasništvu za izgradnju vjetroparka na lokalitetu Brajići minimalne instalirane snage 70 MW, javlja portal Balkan Green Energy News.

U Arapskoj pustinji nalazi se najveće svjetsko „virtualno baterijsko skladište“

Ujedinjeni Arapski Emirati vole rušiti svjetske rekorde, što im, naravno, omogućuje obilje nafte. Zemlja s najvišom zgradom, najvećim spremištem za desaliniziranu vodu i jednom od najvećih solarnih farmi na svijetu, sada na svoj popis svjetskih rekorda može dodati i najveće svjetsko virtualno baterijsko skladište.

Za pet godina očekuje se strelovit porast korištenja baterija

Korištenje obnovljivih izvora energije je u nezaustavljivom usponu: solarne elektrane i vjetroparkovi niču diljem SAD-a, Europe, Kine i Australije, a sve veći broj svjetskih tvrtki planira 100-postotnu opskrbu energijom iz obnovljivih izvora. Usporedno s porastom zanimanja za čistom energijom, podjednako se povećavaju i potrebe za njenim skladištenjem.

Teslina modernizacija grčke električne mreže

Predstavnici tvrtke Tesla i grčke vlade na nedavnom su sastanku raspravili načine osuvremenjivanja električne mreže mnogobrojnih grčkih otoka mikro električnim mrežama i energijom iz obnovljivih izvora. Teslinom tehnologijom smanjila bi se, naime, ovisnost grčkih otoka o fosilnim gorivima.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER