Akumulatory naładowane obietnicami. Od rozwiązania problemu magazynowania energii od dawna dzieli nas kilka lat
Do takich obietnic, której spełnienia nie mogliśmy się jak dotąd doczekać, należą też ogniwa półprzewodnikowe, które tym razem mają być już za trzy do pięciu lat. Jak wiadomo, w bateriach litowo-jonowych, podczas ładowania, jony przepływają z jednej strony (katody) na drugą (anodę), zaś odwrotnie podczas rozładowywania.
W najbardziej popularnych obecnie akumulatorach jony pokonują tę drogę przez elektrolit będący cieczą lub żelem. W bateriach półprzewodnikowych elektrolit jest ciałem stałym. Dzięki temu, jak się uważa, akumulator taki może pomieścić więcej energii elektrycznej na jednostkę masy niż powszechnie dziś stosowane rozwiązania litowo-jonowe.
Bateria półprzewodnikowa może być więc mniejsza i lżejsza niż jej litowo-jonowy odpowiednik. Mogłoby to obniżyć masę samochodów elektrycznych przy tym samym lub większym zasięgu. Otwiera to też perspektywy w zastosowaniach lotniczych, gdzie potrzebne są lżejsze akumulatory o większej gęstości energii.
Akumulator litowo-jonowy ma zazwyczaj elektrodę grafitową, elektrodę z tlenku metalu i elektrolit składający się z soli litu rozpuszczonej w jakimś rozpuszczalniku. W bateriach półprzewodnikowych stosuje się różne materiały, których zadaniem jest zastąpienie litu, np. materiały ceramiczne i siarczki. Ze względu na eliminację ciekłego elektrolitu akumulatory te mają być też mniej podatne na pożary. Konwencjonalne baterie litowe szybko ładują się do 80 proc. swojej pojemności, a potem bardzo powoli od tego poziomu do 100 proc. Baterie półprzewodnikowe teoretycznie można w pełni naładować szybciej.
Stałe elektrolity znane są już od XIX wieku. Korzystał z nich m.in. Michael Faraday. Są obecnie stosowane w implantach medycznych. Nie udało się jednak jak do tej pory opracować techniki ich taniej produkcji. Są wciąż droższe niż zwykłe baterie litowo-jonowe ze względu na większy koszt materiałów. Problemem jest również bezpieczeństwo. Chociaż baterie półprzewodnikowe są uważane za bezpieczniejsze niż konwencjonalne, nadal istnieją obawy dotyczące możliwości występowania zwarć powodowanych przez wzrost dendrytów w metalicznym licie, który w nich nadal jest wykorzystywany jako materiał na anodę, gdy tlenki lub siarczki stanowią katodę. Elektrolit stały działa jak idealny separator, który przepuszcza tylko jony litu. Do zastosowania jako elektrolity proponuje się materiały ceramiczne (np. tlenki, siarczki, fosforany) i stałe polimery.
Perspektywa 2028
Prawie każdy duży producent samochodów pracuje nad akumulatorami półprzewodnikowymi. Te projekty różnią się w szczegółach, ale łączy je motyw obietnicy, że w ciągu około pięciu lat na rynku pojawią się tego typu akumulatory i pojazdy elektryczne przez nie zasilane. Toyota informowała w zeszłym roku, że do 2025 r. zaoferuje baterię półprzewodnikową w hybrydzie benzynowo-elektrycznej, choć inne doniesienia mówią o późniejszym terminie wdrożenia akumulatorów półprzewodnikowych o budzących wrażenie parametrach. Nissan wyznaczył sobie cel na start produkcji pojazdów z akumulatorami półprzewodnikowymi na 2028 rok. Porsche informowało kilkanaście miesięcy temu, że opracowało baterię półprzewodnikową o 50 proc. większej gęstości energii, co pozwala na zasięg do prawie 1300 km bez ładowania.
Ogniwa ze stałym elektrolitem mają wiele teoretycznych zalet, ale technika ich taniego wytwarzania pozostaje trudna. Toyota podawała jesienią 2023 r., że pracuje nad stałym elektrolitem siarczkowym i dokonała przełomu, który pozwoli bateriom półprzewodnikowym wejść do masowej produkcji do 2028 roku. Miałyby być lżejsze i bardziej wydajne niż obecne akumulatory, zapewniając samochodom elektrycznym zasięg nawet 1200 kilometrów przy czasie ładowania wynoszącym zaledwie 10 minut.
Pod koniec ubiegłego roku piąty co do wielkości producent akumulatorów do pojazdów elektrycznych na świecie, południowokoreańska firma SK On, poinformował, że stworzył nowy materiał, który może na zawsze zmienić wydajność akumulatorów półprzewodnikowych. Osiągnięto to, zmieniając poziomy związku chemicznego zwanego tlenkiem litowo-lantanowo-cyrkonowym w akumulatorze. Według publikacji w „Advanced Functional Materials”, komponent baterii ma o 70 proc. wyższą przewodność niż inne baterie, co oznacza, że będzie ładować się szybciej. Naukowcy szacują, że ta innowacja zwiększy pojemność baterii nawet o 25 proc. i znacznie skróci czas ładowania. Ogniwa te można zastosować w konwencjonalnych katodach niklowo-kobaltowo-manganowych, a także w innowacjach, takich jak baterie litowo-siarkowe i ogniwa litowo-powietrzne. W SK On oczekuje się, że nowe ogniwa zostaną wprowadzone na rynek w 2028 roku.
Naukowcy z amerykańskiego laboratorium Argonne i Illinois Institute of Technology stworzyli na początku 2023 r. baterię półprzewodnikową, będącą wersją baterii litowo-powietrznej, rozwiązania znanego od około dekady. Anoda wykonana jest ze stałej formy litu. Przez małe otwory w katodzie przepływa powietrze atmosferyczne. Tlen z powietrza reaguje z jonami litu, które przeszły przez stały elektrolit, wykonany z połączenia materiałów ceramicznych i polimerowych umożliwiającego przepływ jonów. We wcześniejszych bateriach litowo-powietrznych cząsteczka tlenu reagowała z jednym lub dwoma elektronami, zaś w nowej - każda cząsteczka tlenu reaguje z maksymalnie czterema elektronami, na co wpływa prawdopodobnie specyficzne połączenie materiałów.
Nie da się ukryć, że jest też pewien sceptycyzm co do odkryć i harmonogramów wdrożenia rzucanych przez firmy i zespoły badawcze. Prezes CATL, światowego lidera na rynku akumulatorów do pojazdów elektrycznych z siedzibą w Chinach, przyznawał, że jego firma ma trudności z opracowaniem akumulatora półprzewodnikowego. Podczas targów motoryzacyjnych w Szanghaju wiosną 2023 r. CATL zaprezentował nową skondensowaną baterię, która zapewnia odpowiednie bezpieczeństwo i gęstość energii na potrzeby elektrycznych samolotów pasażerskich. Najnowsze skondensowane baterie CATL wykorzystują biomimetyczne struktury sieci w elektrolitach w stanie skondensowanym, co poprawia wydajność transportu jonów litu przy jednoczesnym zwiększeniu stabilności mikrostruktury. Pojedyncze ogniwo oferuje w tym rozwiązaniu gęstość energii do 500 Wh/kg. CATL mówił o masowej produkcji akumulatorów do samolotów elektrycznych już w 2023 r., ale jakoś o tym na razie nie słychać.
Nowa konstrukcja półprzewodnikowego ogniwa siarkowo-selenowego opracowana przez NASA w ramach projektu NASA Solidstate Architecture Batteries for Enhanced Rechargability and Safety (SABERS) również skupia się na budowie baterii o mocy i wydajności umożliwiającej zasilanie samolotu. Poszukiwanie akumulatorów zdolnych do zasilania maszyn latających
to, nawiasem mówiąc, kolejna rubież, z którą będzie trzeba się zmierzyć, nawet jeśli uda się wreszcie opracować ogniwa półprzewodnikowe. Nawet najlepsze akumulatory nie mają porównywalnej z paliwami płynnymi gęstości energii. Samolot potrzebowałby baterii o gęstości energii około 800 watogodzin na kilogram, by oderwać się od ziemi. Do niedawna najmocniejsze akumulatory miały gęstość energii wynoszącą zaledwie 250 watogodzin na kilogram. Wspomniany prototyp baterii siarkowo-selenowej NASA, według serwisu „CleanTechnica”, ma gęstość energii 500 watogodzin na kilogram, dwukrotnie większą niż konwencjonalne baterie litowo-jonowe. To wciąż za mało, ale postęp jest duży. Naukowcy odkryli jednocześnie, że bateria selenowo-siarkowa może wytrzymać temperatury dwukrotnie wyższe niż te, które wytrzymują baterie litowo-jonowe, co ma znaczenie przy wyzwalaniu tak dużych mocy. Baterie są o 40 proc. lżejsze niż przed rozpoczęciem badań.
Elektrochemiczne bogactwo pomysłów
O tym, że poszukiwania nowych akumulatorów idą różnymi drogami i nie zawsze trzymają się półprzewodnikowej ścieżki, o której mówi się najwięcej, świadczą informacje o takich projektach jak wspólne prace BMW i start-upu Our Next Energy (ONE) z USA nad systemem akumulatorów Gemini w celu zwiększenia zasięgu samochodu elektrycznego BMW iX do 966 km. W 2022 r. firma ONE z powodzeniem wykorzystała akumulator Gemini do uzyskania zasięgu 1210 km w Tesli Model S. Pakiet Gemini to tak naprawdę konstrukcja dwa w jednym. Mniej więcej połowa pakietu podwozia jest przeznaczona na tradycyjne ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP), które zasilają napęd elektryczny i zapewniają wystarczającą ilość energii na codzienną jazdę do 241 km. W przypadku dłuższych podróży druga połowa pakietu zawiera bardziej gęste energetycznie ogniwa bezanodowe (AF), które służą jako przedłużacze zasięgu, współpracując z opatentowanym przez ONE wysokowydajnym konwerterem DC-DC dla dodatkowych 724 km. Według ONE, podzielony układ chemiczny praktycznie eliminuje również zużycie kobaltu, zmniejsza zużycie niklu o 75 proc., grafitu o 60 proc. i litu o 20 proc.
O ogniwach opartych na sodzie jako alternatywie dla litu pisze się od lat. Obecnie najbardziej chyba znany projekt „baterii sodowych” to projekt kalifornijskiej firmy o nazwie Natron. Twierdzi ona, że jej technika nadaje się już do zastosowań przemysłowych i ma ponad dziesięciokrotnie większą żywotność niż współczesne ogniwa litowo-jonowe. Obiecuje ładowania do 99 proc. w ciągu zaledwie ośmiu minut oraz niewiarygodną żywotność ponad 50 tys. cykli plus niezwykłą stabilność termiczną. Jednak zanim wpadniemy w nadmierny entuzjazm, trzeba nadmienić, że jak dotąd produkt firmy Natron cechuje znacznie niższa gęstość energii niż w ogniwach litowo-jonowych.
Są inne alternatywy, np. wapń, którego w skorupie ziemskiej jest więcej niż litu, ale do tej pory trudno było go wykorzystać w bateriach, które mogą pracować w temperaturach pokojowych. Zespół chińskich naukowców zaproponował niedawno nowatorski projekt baterii wapniowo-tlenowych (Ca-O2) o wyższej wydajności. Ich badania opublikowane w „Nature” wskazują, że baterie wapniowo-tlenowe mogą teoretycznie zapewnić wysoką pojemność energetyczną. Działanie ogniwa opiera się na odwracalnej dwuelektronowej reakcji redoks (reakcji chemicznej, w której zmieniają się stany utlenienia reagenta), która tworzy chemicznie reaktywny nadtlenek wapnia (CaO2) jako produkt rozładowania. Akumulator wapniowo-tlenowy jest jednak na etapie weryfikacji koncepcji, a baterie te ciągle mają niską wydajność energetyczną.
Jest inna potencjalna alternatywa - ogniwa wykonane z fluoru zamiast litu. Fluor jest tańszy od litu. W teorii baterie fluorkowe (FIB) mogłyby przechowywać nawet dziesięć razy więcej energii niż dzisiejsze ogniwa litowo-jonowe. W przeciwieństwie do akumulatorów Li-Ion, FIB nie stanowią zagrożenia dla bezpieczeństwa z powodu przegrzania, a pozyskanie surowców do produkcji FIB jest mniej obciążające dla środowiska. Entuzjaści opowiadają o potencjalnych akumulatorach fluorkowych, że dałyby samochodom zasięgi nawet do ośmiu tysięcy km i sprawiłyby, że telefony będą działać całe miesiące bez ładowania. Problem z rozwojem baterii fluorkowych polega na tym, że znamy bardzo niewiele materiałów zdolnych do przewodzenia jonów fluoru.
Są jeszcze baterie cynkowe. Jednakże nie są wolne od problemu wzrostu dendrytów w elektrolicie, co prowadzi do zwarć i grozi pożarami. Niedawno naukowcy z Chin wymyślili rozwiązanie tego problemu w postaci elektrolitu organicznego, który jest wykonany z glikolu etylenowego i hydratu tetrafluoroboranu cynku (Zn(BF4)2). Tworzą one warstwę ochronną, która strzeże przed tworzeniem się dendrytów. Powstały wodorowy elektrolit Zn(BF4)2/EG jest niepalny i pracuje w szerokim zakresie temperatur, od –30°C do 40°C.
I w końcu koncept oparty na aluminium, siarce i solach chloro-aluminiowych obficie występujących w naturze i tanich niesie obietnicę akumulatorów sześciokrotnie tańszych od równoważnej baterii litowo-jonowej. W testach przeprowadzonych w ramach projektu MIT prototypowe ogniwa oparte na tych materiałach były w stanie w pełni naładować się w mniej niż minutę. Obliczenia pokazują, że baterie aluminiowo-siarkowe mogą mieć nawet 1392 Wh/kg gęstości energetycznej. To czyniłoby je pięciokrotnie gęstszymi energetycznie niż najlepsze dostępne obecnie na rynku. Jednak akumulatory te muszą pracować przy 110°C, gdyż sól będąca elektrolitem ma najlepsze właściwości przewodzące właśnie w takiej temperaturze.
Odwracalne rdzewienie i inne pomysły na magazyny energii
Dość już dobrze znaną prawdą jest to, że przy korzystaniu z odnawialnych źródeł energii są okresy, w których ilość wytwarzanej energii przekracza zapotrzebowanie i okresy, w których zapotrzebowanie nie będzie mogło zostać zaspokojone. Stąd potrzeba magazynowania energii w celu stabilizacji jej dostaw do sieci (1). Według brytyjskiej National Grid, by zapewnić stabilność i równowagę w sytuacji wzrostu znaczenia OZE, kraj ten będzie potrzebował magazynów energii zdolnych do dostarczenia 50 GW mocy do 2050 r. Zdaniem cytowanego przez tamtejsze media Olivera Schmidta z londyńskiego Imperial College, Europa jako całość będzie prawdopodobnie potrzebować ponad 400 GW mocy. Obecna zdolność magazynowania energii w Europie wynosi poniżej 10 proc. tego poziomu. W 2021 r. na całym świecie dostępne było dostępnych zaledwie (w tym kontekście) ok. 27 GW mocy w magazynach energii.
Zdjęcie: stock.adobe.com
Problemem jest coś więcej niż tylko po prostu inwestowanie w zwiększenie mocy. Wcale nie mamy pod ręką wydajnych, w miarę tanich i niezawodnych rozwiązań w dziedzinie magazynowania energii. W sferze debaty naukowej i mediach krążą tysiące magazynowania, takie, które wykorzystują grawitację, ciepło czy elektrochemię, ale większość z nich wciąż nie została sprawdzona na dużą skalę. Najszerzej stosowaną obecnie technologią magazynowania energii jest hydroelektrownia szczytowo-pompowa. To technika jeszcze z XIX wieku, w której woda jest pompowana z niższego do wyższego zbiornika i uwalniana przez turbinę w celu wytworzenia energii elektrycznej w razie potrzeby. Opcja ta ma bardzo wysokie koszty początkowe. Ponadto wymaga lokalizacji o odpowiednich warunkach terenowych, a te występują tam, gdzie często chcemy chronić środowisko naturalne.
Choć wydaje się to może zaskakujące, jedyna technologia magazynowania energii, w której poczyniono rzeczywiste i duże postępy w ciągu ostatniej dekady, to baterie litowo-jonowe. O ile jednak baterie litowo-jonowe doskonale sprawdzają się w przypadku krótkoterminowego magazynowania energii, do czterech godzin, to gorzej sprawdzają się w średnio- i długoterminowej perspektywie, której potrzebuje sieć energetyczna. Akumulatory są oczywiście także bardzo kosztowne. Poza tym cierpią z powodu spadku mocy w wielu cyklach, a właśnie tego, czyli żywotności i stabilności dostaw mocy, oczekiwalibyśmy po magazynach energii. Istnieją też kwestie bezpieczeństwa - odnotowano szereg pożarów spowodowanych niekontrolowanym wzrostem temperatury, takich jak poważny pożar centrum danych w Pangyo w Korei Południowej w 2022 r., który spowodował przerwanie usług internetowych na kilka dni.
Jednym z alternatywnych pomysłów jest wykorzystanie grawitacji. Może to być prosty system, wymagający jedynie użycia dźwigu do podnoszenia betonowych bloków. Ma tę zaletę, że wykorzystuje tanie materiały. Jednym z takich projektów są konstrukcje firmy Graviticity z Edynburga, która planuje swoje magazyny w nieużywanych szybach kopalnianych. W 2021 r. firma zbudowała projekt demonstracyjny o mocy 250 kW podłączony do sieci w porcie Leith, wykorzystując platformę z dwoma 25-tonowymi obciążnikami zawieszonymi na stalowych linach. Szwajcarski start-up Energy Vault rozpoczął budowę dwóch ogromnych obiektów w Teksasie i na północ od Szanghaju, opartych na podobnych zasadach grawitacyjnych, z użyciem 24-tonowych bloków wykonanych ze sprasowanego odpadu. Podnosząc masywne obciążniki na górne poziomy obiektu w okresach nadmiernej produkcji energii odnawialnej, dźwigi obiektu mogą magazynować energię, uwalniając ją przez opuszczanie z powrotem w dół, gdy popyt jest wysoki, a podaż energii niska.
Energy Vault ma nadzieję udowodnić, że jej koncepcja działa na znacznie większą skalę. Start-up zbudował wcześniej system pilotażowy w pobliżu swojej siedziby w Szwajcarii, generując pięć megawatów mocy. Nowy obiekt w Chinach ma ponad 100 m wysokości, a jego pojemność magazynowa wynosić ma 100 megawatogodzin. Obiekt w Teksasie ma zapewnić pobliskiej firmie energetycznej 36 megawatogodzin mocy.
Inną koncepcją magazynów energii jest korzystanie ze sprężonego gazu, uwalnianego w celu napędzania turbin. To również nie jest nowość. Pierwsza elektrownia na sprężone powietrze została zbudowana w 1978 roku w Huntorf w Niemczech, gdzie powietrze jest przechowywane pod ciśnieniem 100 barów w 310 tys. m³ kawern solnych na głębokości 600 metrów. Zasila to turbinę o mocy 320 MW i wytwarza energię elektryczną przez dwie godziny. W Wielkiej Brytanii powstał projekt proponujący przechowywanie powietrza w głębokich worach przymocowanych do dna morskiego, zaś ciśnienie w zasobnikach zwiększane byłoby przez słup wody nad nimi.
„Ostatecznie każda technologia sprowadzi się do tego, ile kosztuje przechowywanie jednej kilowatogodziny”, kwituje w rozmowie z serwisem BBC różnorodne pomysły Stefano Mezzavilla z firmy RFC Power, która ma swój projekt. Dyskwalifikuje to systemy elektrochemiczne wykorzystujące drogie i rzadkie metale. Większe szanse mają rozwiązania wykorzystujące tańsze metale, w tym projekt baterii żelazowo-powietrznej wspieranej przez Billa Gatesa i Jeffa
Bezosa firmy Form Energy. Układ ten zaprojektowany jest do przechowywania energii elektrycznej przez sto godzin przy użyciu tylko żelaza, wody i powietrza. Firma opisuje proces elektrochemiczny jako „odwracalne rdzewienie”, w którym tlen dostarczany jest w celu rozładowania baterii, przekształca żelazo w rdzę i wykorzystuje prąd elektryczny do naładowania baterii i odwrócenia reakcji (2). Ładowanie mających rozmiary pralki modułów akumulatorowych Form Energy wykorzystuje energię elektryczną do przekształcania rdzy/tlenku żelaza w metaliczne żelazo i uwalnia tlen jako produkt uboczny. Rozładowanie baterii wymaga ponownego wprowadzenia tlenu do systemu i przekształcenia metalicznego żelaza w rdzę, uwalniając przy tym energię. Pełny cykl rozładowania trwa około stu godzin, czyli nieco ponad cztery dni, co w pełni zaspokaja wiele potrzeb. Żelazo potrzebne w tej konstrukcji występuje w ogromnych ilościach i jest całkowicie bezpieczne. Podobnie jak woda i powietrze, pozostałe dwa główne składniki. Ogniwa te mogą zajmować pewną objętość - potrzeba około 0,4 ha ziemi do wytworzenia 3 MW mocy, ale działają bardzo długo i w pełni nadają się do recyklingu. Koszt magazynowania (LCoS) to około 10 proc. kosztu dużego zestawu baterii litowych w przeliczeniu na zmagazynowaną i uwolnioną kilowatogodzinę.
System demonstracyjny Form Energy o mocy 10 MW/1 GWh został już zatwierdzony. Zostanie zbudowany na dwóch hektarach ziemi w pobliżu Sherburne County Generating Station w Becker w stanie Minnesota. Lokalizacja blisko Sherco Solar, jednej z największych elektrowni słonecznych w USA, o łącznej mocy 710 MW po jej ukończeniu, ma przetestować zdolności magazynowania w dużej skali. Bateria ma zostać uruchomiona w 2025 roku. Planowany jest mniejszy 1,5-megawatowy system Form Energy we współpracy z Great River Energy, również w Minnesocie.
Podobne rozwiązanie wykorzystujące cynk opracowała firma e-Zinc z Toronto. W tym rozwiązaniu ładowanie baterii powoduje osadzanie się metalu na elektrodach z roztworu jonów cynku. Ten opada w innej komorze, gdzie może być ponownie utleniony przez powietrze w celu rozładowania.
Znanym pomysłem na magazynowanie energii, jest koncepcja akumulatorów przepływowych redoks, które wykorzystują reakcje redukcji i utleniania, przechowując substancje aktywne w dwóch roztworach ciekłego elektrolitu. Są one pompowane przez centralny stos zawierający obojętne elektrody oddzielone membraną. Utlenione i zredukowane produkty są przechowywane w oddzielnych zbiornikach, gdzie mogą znajdować się do czasu naładowania lub rozładowania akumulatora. Magazynowanie paliw jest tu oddzielone od procesu wytwarzania energii elektrycznej, co sprzyja skalowaniu. Mają dłuższą żywotność niż baterie litowo-jonowe, ponieważ nie zachodzą w nich zmiany strukturalne na elektrodach. W przypadku spadku wydajności można po prostu uzupełnić zbiornik. Jednak w roztworze wodnym ogniwo musi działać przy potencjale, przy którym woda jest stabilna, w przeciwnym razie ulegnie elektrolizie. Oznacza to, że napięcie nie może być zbyt duże, najwyżej 1,2 wolta.
Najbardziej zaawansowaną komercyjnie technologią akumulatorów redoks jest wanadowe ogniwo redoks. Jego dostawcą jest m.in. firma Invinity Energy Systems, utworzona w 2020 r. Zapewnia, że akumulator jej konstrukcji może mieć do 40 MWh pojemności, działać do dwunastu godzin i oferuje 3,8 razy większą przepustowość energii w całym okresie eksploatacji niż bateria litowo-jonowa. Dostarczyła już swoje systemy do ponad siedemdziesięciu lokalizacji w piętnastu krajach, w tym baterię o pojemności 5 MWh do superhubu energetycznego w Oksfordzie. Niestety problemem jest wciąż koszt. Wanad to relatywnie drogi metal. Znajduje się na liście surowców krytycznych UE, materiałów objętych wysokim ryzykiem dostaw. Pomimo to, jak przekonuje Adam Tuck z Invinity, w skorupie ziemskiej występuje więcej wanadu niż miedzi, zaś zwiększony popyt doprowadzi do zwiększenia produkcji, a także recyklingu. „Elektrolit nie ulega degradacji, więc nawet po zakończeniu 25-letniego okresu eksploatacji baterii, możemy po prostu umieścić go w nowej baterii”, wyjaśnia w jednym z serwisów.
Pomimo tych optymistycznych zapewnień, dostrzegalna jest potrzeba znalezienia alternatywy dla wanadu. Wspomniana firma RFC Power wykorzystuje elektrolit manganowy w hybrydowym systemie przepływu redoks, który łączy półogniwo redoks Mn 2+/3+ w kwaśnym elektrolicie z wodorem. Podczas ładowania i rozładowywania wodór jest redukowany i utleniany, a protony przemieszczają się przez membranę. Według Mezzavilli, zastosowanie manganu zamiast wanadu sprawia, że kilowatogodzina magazynowania jest co najmniej dziesięć razy tańsza. Podczas ładowania mangan jest utleniany, a na elektrodzie ujemnej wytwarzany jest wodór, zaś podczas rozładowywania zachodzi reakcja odwrotna. Zastosowanie gazu zamiast drugiego ciekłego elektrolitu eliminuje ryzyko krzyżowania się, ponieważ reagenty znajdują się w dwóch różnych fazach. Mezzavilla widzi możliwość wykorzystywania takich baterii do przechowywania zarówno energii, jak i wodoru jako surowca. RFC Power współpracuje z Shellem nad poprawą wydajności swoich akumulatorów.
Inny start-up, o nazwie StorTera, opracował z kolei polisiarczkową baterię redoks. To rodzaj hybrydy pomiędzy baterią litową a tradycyjną baterią przepływową. Bateria składa się ze stałej anody litowo-metalowej z alkaliczną katodą polisiarczkową pozostającą w roztworze. Zachodząca reakcja elektrochemiczna jest złożona, obejmując co najmniej czternaście transferów elektronów i różnych jonów polisiarczkowych. Udało się jednak zbudować baterię mniejszą niż wcześniejsze konstrukcje przepływowe. Przedstawiciele StorTera twierdzą, że gęstość energii oscyluje w niej w okolicy 200 Wh na litr, co teoretycznie wypada korzystnie w porównaniu z 25…50 Wh na litr pojemności wanadowych akumulatorów przepływowych redoks. Koszty są również niższe, gdyż siarka jest tania.
Sieć energetyczna będzie potrzebować zarówno magazynowania krótkoterminowego, w przedziale kilku godzin, które ma łagodzić zmienność wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, ale także średnio i długoterminowego na dużą skalę. Do pierwszego typu zadań, przechowywania na krótko, wciąż bardzo dobre są akumulatory litowo-jonowe i dlatego takie magazyny się instaluje tak jak miało to miejsce w 2021 r. w australijskim stanie Wiktoria. Akumulatory przepływowe, takie jak ten produkcji Invinity i inne, mogłyby zapewnić średnioterminowe potrzeby magazynowania. Eksperci mają nadzieję, że akumulatory przepływowe będą „końmi roboczymi” systemów OZE, jednak trochę im do doskonałego działania brakuje.
Mirosław Usidus
