Wysoko wydajne akumulatory do magazynowania energii odnawialnej
Dążąc do redukcji emisji dwutlenku węgla, firmy energetyczne zainteresowały się odnawialnymi źródłami energii, takimi jak wiatr, fale czy Słońce. Jednakże ze względu na zależność od wielu czynników zewnętrznych energia odnawialna nie jest dostępna nieprzerwanie. Zwiększenie możliwości praktycznego wykorzystania energii odnawialnej wymaga opracowania nowych sposobów jej magazynowania na dużą skalę i uwalniania w razie potrzeby. Rozwiązaniem tego problemu mogą być akumulatory litowo-jonowe, które są doskonałymi źródłami energii elektrycznej i posiadają odpowiednie właściwości w zakresie jej dystrybucji. Finansowany ze środków UE projekt SIRBATT (Stable interfaces for rechargeable batteries) – trwająca trzy lata inicjatywa badawcza łącząca sześć uniwersytetów i pięć firm z europejskiego sektora prywatnego – pozwolił lepiej poznać strukturę i rodzaje reakcji zachodzących na granicy faz elektroda/elektrolit w akumulatorze. Na wydajność i trwałość eksploatacyjną akumulatora silnie wpływają właściwości granicy faz elektroda-elektrolit (SEI, Solid Electrolyte Interphase) niezwykle szybko tworzącej się na elektrodach. Korzystając z wielu różnych technik modelowania i symulacji, badacze zgromadzili wiele informacji na temat powstawania SEI i właściwości transportowych anod wykonanych z litu i węgla grafitowego, jak również mechanizmów atomowych i elektronowych regulujących procesy tworzenia i starzenia się granicy SEI. Zbadano też ewolucję SEI na materiale anody przy określonych stopniach naładowania, analizując czułość powierzchni przy użyciu absorpcyjnej spektroskopii rentgenowskiej. Zastosowanie szerokiej gamy nowych technik pomiaru ex situ i in situ pozwoliło zespołowi przestudiować reakcje chemiczne zachodzące w materiałach elektroaktywnych i na ich powierzchni. Badacze przeprowadzili też syntezę wielu materiałów przeznaczonych na katody i anody i przetestowali je w elektrolitach tradycyjnych i zawierających dodatki, w różnych temperaturach i przy różnych systemach cykli. Innym celem uczestników projektu było wyprodukowanie nowych, ekologicznych elektrod w technologii dyspersji wodnej i zastosowanie bezfluorowych spoiw. Zespół opracował także nowe mikroczujniki do monitorowania ogniw litowych pod kątem utrzymania optymalnych warunków pracy, co wydłuży ich trwałość eksploatacyjną. Dzięki temu ogniwa tego typu będzie można zastosować w akumulatorach sieciowych. W ramach projektu SIRBATT zajęto się problemami, które obecnie ograniczają czas eksploatacji akumulatorów używanych w stacjonarnych magazynach energii, z myślą o znalezieniu rozwiązania wydłużającego trwałość przyszłych akumulatorów litowo-jonowych.
Słowa kluczowe
Akumulatory, energia odnawialna, magazynowanie energii, litowo-jonowy, SIRBATT, granica faz elektroda-elektrolit
