Ekologiczne i wydajne akumulatory aluminiowo-jonowe nowej generacji
Magazynowanie energii jest nieodzownym warunkiem rozwoju technologii następnej generacji, mających uczynić świat bardziej zrównoważonym. Najbardziej popularną opcją są akumulatory, zaś rozwój tego obszaru technologii jest pobudzany przez napływ innowacji z całego świata. Tymczasem niewiele jak dotąd projektów badawczych koncentrowało się na nowoczesnej technologii aluminiowo-jonowej, która może przyczynić się do powstania bardziej ekologicznych i wydajnych akumulatorów. Projekt ALION stanowi jedno z działań dążących do opracowania nowej generacji technologii magazynowania energii. Członkowie projektu opracowali elektrolity na bazie cieczy jonowych – słone ciecze w temperaturze pokojowej — przewodzących jony aluminium w procesie charakteryzującym się niezwykłą stabilnością termiczną i elektrochemiczną. To umożliwia wytwarzanie akumulatorów bez użycia krytycznych surowców, takich jak lit czy kobalt. „Takie akumulatory mogą być dzięki temu tańsze i bardziej zrównoważone”, mówi Étienne Knipping, koordynator projektu ALION. W ramach projektu opracowano moduł akumulatora aluminiowo-jonowego, na podstawie którego zademonstrowano wysoką moc oraz wydajność nowatorskiej technologii. „Nowe akumulatory mogą w przyszłości zastąpić akumulatory ołowiowo-kwasowe w urządzeniach stacjonarnych, takich jak zasilacze UPS, urządzenia telekomunikacyjne, systemy oparte na energii odnawialnej i systemy wsparcia sieci”, wymienia Knipping. Mowa tutaj na przykład o prywatnych panelach słonecznych lub turbinach wiatrowych instalowanych na domach i budynkach publicznych. W ramach projektu ALION opracowano cały łańcuch produkcyjny, obejmujący wszystkie etapy procesu – od pozyskiwania surowców aż po wytwarzanie komponentów, montaż akumulatora i walidację technologii w specjalnych systemach mikrosieci, działających w oparciu o odnawialne źródło energii słonecznej lub wiatrowej. „Ostatecznym celem projektu jest opracowanie modułu akumulatora aluminiowo-jonowego sprawdzonego w odpowiednim środowisku, o mocy właściwej 500 W/kg, napięciu 48 V oraz żywotności wynoszącej 3000 cykli”, mówi Knipping.
Czerpanie mocy z dyfuzji
Aby móc stworzyć nowe systemy akumulatorów, członkowie projektu ALION zastosowali podejście oparte na mechanizmie „fotela bujanego”, polegającym na dostarczaniu i usuwaniu jonów dyfuzowanych z jednej elektrody do drugiej, co pozwala odpowiednio na rozładowanie i naładowanie akumulatora. Taka technologia jest tańsza, lecz znacznie bardziej wydajna i bezpieczna, a także niezawodna w porównaniu do obecnie stosowanych systemów magazynujących energię, takich jak elektrownie szczytowo-pompowe czy akumulatory litowo-jonowe. „Akumulatory aluminiowo-jonowe mają przewagę nad stosowanymi obecnie produktami komercyjnymi. Przede wszystkim nie zawierają żadnych krytycznych surowców i są niezwykle bezpieczne, gdyż do większości procesów wykorzystuje się wodę oraz materiały niepalne”, tłumaczy Knipping. Podczas prac wystąpiły pewne nieoczekiwane trudności: z powodu korozyjności elektrolitu niemożliwe było zastosowanie tradycyjnych metod jego wytwarzania. Wobec tego zespół skoncentrował się na opracowaniu akumulatora charakteryzującego się niższą korozyjnością oraz wysoką wydajnością opartego o elektrolit na bazie cieczy jonowych.
Pakiety akumulatorów
Podczas testów laboratoryjnych ogniwa wykazały wysoką moc wynoszącą nawet do 36 kW/kg oraz wysoką żywotność wynoszącą około 500 000 cykli na akumulator. Kolejnym ważnym osiągnięciem projektu był skuteczny montaż wytworzonych metodą druku 3D pakietów akumulatorów. „Opracowane przez nasz zespół pakiety są jak dotąd największymi rozwiązaniami tego rodzaju wykorzystującymi ogniwa aluminiowo-jonowe. Jest to niewątpliwie duży krok naprzód w rozwoju tej obiecującej technologii!”, stwierdza Knipping. Projekt zakończył się w maju 2019 roku. Niektórzy partnerzy projektu ALION wciąż pracują nad swoją technologią, poszukując nowych źródeł finansowania jej rozwoju. Pociąga to za sobą konieczność prowadzenia dalszych badań w odpowiednich warunkach oraz znalezienia sposobu na zwiększenie całkowitej pojemności akumulatora.
Słowa kluczowe
ALION, aluminium, akumulator, magazynowanie, ekologiczny, pojemność, technologia
