Domů
Akumulace energie
Výzkumníci z MIT představili baterii z levných a běžně dostupných materiálů
Zdroj: MIT

Výzkumníci z MIT představili baterii z levných a běžně dostupných materiálů

Výzkumníci z Technologického institutu v Massachusetts (MIT) a dalších pracovišť vyvinuli nový druh baterie, vyrobený výhradně z levných a běžně dostupných materiálů. Baterie s akumulačním potenciálem v řádech desítek kilowatthodin by mohly sloužit k napájení domácností nebo menších firem. S novou architekturou baterie, která využívá hliník a síru jako dva elektrodové materiály, mezi nimiž je elektrolyt z roztavené soli, přišel profesor Donal Sedoway spolu s dalšími 15 odborníky z  již zmíněného MIT, ale také z Číny, Kanady, Kentucky a Tennessee.

S narůstajícím podílem obnovitelných zdrojů na energetických mixech států rychle roste potřeba akumulačních systémů. Ty by měly sloužit k akumulaci energii v době, kdy je výroba vyšší než spotřeba, a uvolnění elektřiny ve chvíli, kdy je po ní poptávka. Takové systémy už samozřejmě máme k dispozici, mají ale řadu nevýhod. Například lithium-iontové baterie jsou pro většinu takových aplikací stále příliš drahé. Další možnosti, jako je například přečerpávací vodní elektrárna, zase vyžadují specifické geografické podmínky.

„Chtěl jsem proto vynalézt něco, co by bylo lepší, mnohem lepší než lithium-iontové baterie pro malá stacionární úložiště, a nakonec i pro automobilové použití," vysvětluje profesor MIT Donald Sadoway, který je emeritním profesorem materiálové chemie.

Kromě toho, že jsou lithium-iontové baterie drahé, obsahují hořlavý elektrolyt, což je činí méně vhodnými pro dopravu. Sadoway proto začal studovat periodickou tabulku prvků a hledal levné kovy, které se na Zemi vyskytují a které by mohly lithium nahradit.

Levné a snadno dostupné suroviny

Tři složky, které nakonec vědci použili, jsou levné a snadno dostupné – hliník, který se neliší od fólie v supermarketu, síra, která je často odpadním produktem z procesů, jako je rafinace ropy, a široce dostupné soli. "Složky jsou levné a věc je bezpečná – nemůže hořet," říká Sadoway.

Při svých pokusech tým prokázal, že bateriové články mohou vydržet stovky cyklů při mimořádně vysokých rychlostech nabíjení, přičemž předpokládané náklady na jeden článek jsou přibližně šestinové oproti srovnatelným lithium-iontovým článkům.

"Prováděli jsme pokusy při velmi vysokých rychlostech nabíjení, kdy se baterie nabíjely za méně než minutu, a nikdy jsme nepřišli o články kvůli zkratování dendritů," vysvětluje Sadoway.

Pro domy, firmy i elektromobilitu

Toto nové složení baterií by podle něj bylo ideální pro instalace o velikosti potřebné k napájení jedné domácnosti nebo malé až střední firmy, které by využívaly řádově několik desítek kilowatthodin akumulační kapacity.

Baterie s hliníkem a sírou by byly praktické i pro použití v nabíjecích stanicích pro elektromobily. Sadoway poukazuje na to, že až se elektromobily na silnicích rozšíří natolik, že se bude chtít dobíjet několik aut najednou, jak se to dnes děje u benzinových pump.

Pro větší instalace, až do rozsahu desítek až stovek megawatthodin, by mohly být efektivnější jiné technologie, včetně baterií z tekutých kovů, které Sadoway a jeho studenti vyvinuli před několika lety a které se staly základem pro odštěpenou společnost Ambri, která doufá, že dodá své první produkty během příštího roku. Za tento vynález Sadoway nedávno získal letošní Evropskou cenu pro vynálezce.

Výzkumný tým tvořili členové Pekingské univerzity, Yunnanské univerzity a Wuhanské technologické univerzity v Číně, Univerzity v Louisville v Kentucky, Univerzity ve Waterloo v Kanadě, Oak Ridge National Laboratory v Tennessee a MIT. Práci podpořily MIT Energy Initiative, MIT Deshpande Center for Technological Innovation a ENN Group.

Mohlo by vás zajímat:

Komentáře(33)
Turby
3. září 2022, 14:50

Elektrolit z roztavene soli. Tedy provozni teplota ekektrolytu nekde nad 800C.

To teda bude v domacnostech efektivita sama a bezpecnost absolutni :-)

Martin Svoboda
3. září 2022, 18:00

Ono je klidně možné, že to roztavení je při výrobě. Že je to vlastně odlitek a za provozního stavu má teplotu okolí.

Mít to v roztaveném stavu pořád je fakt nesmysl. S tím jsou zatím problémy i v jaderných reaktorech páté generace ...

Galipoli
6. září 2022, 18:00

Elektrolyt musí být roztavený/kapalný... kvůli elektrické vodivosti.

Slavomil Vinkler
3. září 2022, 15:11

No až na ten elektrolyt z roztavené soli. Teplota je?

Milan Vaněček
3. září 2022, 18:33

Teplota je nepatrně nad 100 C, abstrakt vědeckého článku je zde:

Abstract

Although batteries fitted with a metal negative electrode are attractive for their higher energy density and lower complexity, the latter making them more easily recyclable, the threat of cell shorting by dendrites has stalled deployment of the technology1,2. Here we disclose a bidirectional, rapidly charging aluminium–chalcogen battery operating with a molten-salt electrolyte composed of NaCl–KCl–AlCl3. Formulated with high levels of AlCl3, these chloroaluminate melts contain catenated AlnCl3n+1– species, for example, Al2Cl7–, Al3Cl10– and Al4Cl13–, which with their Al–Cl–Al linkages confer facile Al3+ desolvation kinetics resulting in high faradaic exchange currents, to form the foundation for high-rate charging of the battery. This chemistry is distinguished from other aluminium batteries in the choice of a positive elemental-chalcogen electrode as opposed to various low-capacity compound formulations3,4,5,6, and in the choice of a molten-salt electrolyte as opposed to room-temperature ionic liquids that induce high polarization7,8,9,10,11,12. We show that the multi-step conversion pathway between aluminium and chalcogen allows rapid charging at up to 200C, and the battery endures hundreds of cycles at very high charging rates without aluminium dendrite formation. Importantly for scalability, the cell-level cost of the aluminium–sulfur battery is projected to be less than one-sixth that of current lithium-ion technologies. Composed of earth-abundant elements that can be ethically sourced and operated at moderately elevated temperatures just above the boiling point of water, this chemistry has all the requisites of a low-cost, rechargeable, fire-resistant, recyclable battery

přečíst si celý článek můžete zde

nature.com/articles/s41586-022-04983-9

To má potenciál udělat domácí fotovoltaiku na střeše spolu s akumulací VELMI LEVNOU (bezkonkurenčně levnou?)

Ale, můj odhad, počkáme si minimálně dalších 10 let.

richie
5. září 2022, 09:46

To má potenciál udělat domácí fotovoltaiku na střeše spolu s akumulací VELMI LEVNOU (bezkonkurenčně levnou?)

Ale, můj odhad, počkáme si minimálně dalších 10 let.

bodaj by ste mali pravdu .. ale obavam sa, ze pre masivne nasadenie (ak vobec) a beznu dostupnost za rozumne ceny, bude potrebnych dost viac rokov ak 10 ..

blbe je, ze do toho casu sa bude nezmyslene tlacit na prevahu obcasnych zdrojov ee v celkovom mixe so vsetkymi negativami, ktore pocitujeme uz teraz ..

Milan Vaněček
3. září 2022, 18:39

Teplota je ehce nad bodem varu vody, detaily uvidíte až mi schválí komentář.

Petr Hariprasad Hajič
4. září 2022, 08:05

Máte i odkaz? Protože zatím neschválili. Asi tam sedí někdo, kdo Vás nemá rád.

Milan Vaněček
4. září 2022, 10:32

Tady je znovu ten odkaz na obšírný vědeký článek

nature.com/articles/s41586-022-04983-9

já ho mám celý přístupný, ale pro jistotu Vám z něj překopíruji aspoń název, autory a abstrakt

Fast-charging aluminium–chalcogen batteries resistant to dendritic shorting

Quanquan Pang, Jiashen Meng, Saransh Gupta, Xufeng Hong, Chun Yuen Kwok, Ji Zhao, Yingxia Jin, Like Xu, Ozlem Karahan, Ziqi Wang, Spencer Toll, Liqiang Mai, Linda F. Nazar, Mahalingam Balasubramanian, Badri Narayanan & Donald R. Sadoway

Nature volume 608, pages704–711 (2022)Cite this article

9560 Accesses

729 Altmetric

Metricsdetails

Abstract

Although batteries fitted with a metal negative electrode are attractive for their higher energy density and lower complexity, the latter making them more easily recyclable, the threat of cell shorting by dendrites has stalled deployment of the technology1,2. Here we disclose a bidirectional, rapidly charging aluminium–chalcogen battery operating with a molten-salt electrolyte composed of NaCl–KCl–AlCl3. Formulated with high levels of AlCl3, these chloroaluminate melts contain catenated AlnCl3n+1– species, for example, Al2Cl7–, Al3Cl10– and Al4Cl13–, which with their Al–Cl–Al linkages confer facile Al3+ desolvation kinetics resulting in high faradaic exchange currents, to form the foundation for high-rate charging of the battery. This chemistry is distinguished from other aluminium batteries in the choice of a positive elemental-chalcogen electrode as opposed to various low-capacity compound formulations3,4,5,6, and in the choice of a molten-salt electrolyte as opposed to room-temperature ionic liquids that induce high polarization7,8,9,10,11,12. We show that the multi-step conversion pathway between aluminium and chalcogen allows rapid charging at up to 200C, and the battery endures hundreds of cycles at very high charging rates without aluminium dendrite formation. Importantly for scalability, the cell-level cost of the aluminium–sulfur battery is projected to be less than one-sixth that of current lithium-ion technologies. Composed of earth-abundant elements that can be ethically sourced and operated at moderately elevated temperatures just above the boiling point of water, this chemistry has all the requisites of a low-cost, rechargeable, fire-resistant, recyclable battery.

Petr Hariprasad Hajič
13. září 2022, 17:17

Dostal jsem se k tomu až teď. Článek je placený. Můžete prosím napsat, jaká je hustota energie na hmotnost a na objem? Kolik cyklů to má zvládnout? Jak velký ten článek teď je? Je to na úrovni malých pecek, nebo už se testuje i něco většího? S jakou účinností to bude pracovat, když uvázíme, že článek je potřeba zahřát, aby začal správně pracovat? Co se stane, pokud vychladne a hrozí něco?

richie
5. září 2022, 09:37

drzim im palce, ale som zatial skepticky .. o roznych zazracnych bateriach publikuju rozne grantove projetky aj niekolko krat do roka uz niekolko desatroci, ale zatial realne dostupne a komercne pouzitelne nie su v pdostaten ziadne ..

ale ako som hovoril, drzim im palce a nech je to cim skor povinnou sucastou vsetkych nahodych zdrojov, az potom mozeme korektne zvazovat ich masivne nasadenie (ale stale v rozumnych medziach vzhladom na lokalne podmienky a ekologiu) ..

Zbyněk Poisl
3. září 2022, 18:51

Další převratné řešení o kterém se jen mluví, ale kdy to bude možné koupit?

Petr Hariprasad Hajič
5. září 2022, 05:19

Chvíli to trvá. Počítejte tak asi 5 let. Například Na-Ion baterie se už vyrábí a první zmínky jsem četl asi tak před 5 roky. Ono to prostě potřebuje nějaký čas.

Ivan Novák
3. září 2022, 20:27

Hliník, hliník ... není to ta věc, co se kvůli drahé elektřině v EU právě přestala vyrábět?

Milan Vaněček
3. září 2022, 20:50

Ne, jen se Hliník přestěhoval do Humpolce.

Maly Jarda
3. září 2022, 21:30

Spíš do Číny .. tedy jeho výroba

Rejpal
4. září 2022, 00:57

Asi tam kde je baterie stabilní a tolik nezáleží na hmotnosti , tak se budou časem prosazovat jiné technologie než lithium železo fosfátové baterie. Možná budou na bázi síry nebo sodíku. Problém všech těchto technologií je ve zkratce že jsou horší než lithium železo fosfátové baterie , které se pro tyto aplikace dnes používají nejvíce.

Petr Hariprasad Hajič
4. září 2022, 08:11

Proč by ty baterie měly být a priori horší, než LiFePo? Na to neexistuje žádný pádný důvod. Teoretická hustota energie je jen jeden parametr a ani tam si nejsem jistý, musel bych se podívat. Další parametry jsou odolnost, rychlost nabíjení, bezpečnost a trvanlivost. Nevidím důvod, proč by LiFePo měly být svatým grálem.

Milan Vaněček
4. září 2022, 10:34

Mohl by mi někdo vysvětlit, proč někdo v redakci musí potvrdit doslovný název a abstrakt vědeckého článku v Nature, který nemá můj žádný komentář (který by se třeba nemusel líbit)?

Petr Hariprasad Hajič
5. září 2022, 05:21

Že by tam seděl Vladimír Vagner? Mě příspěvky někdo maže, pokud se mu nelíbí, i když jsou obsahově nezávadné. Názorově ale zřejmě nekonvenují.

Emil
5. září 2022, 07:56

Teď jste na to "zřejmě" kápnul. Naboural se do redakce serveru, aby vám mohl mazat příspěvky. Sdílejte te to, než to zase smažou. :-)

Petr Hariprasad Hajič
5. září 2022, 09:52

To závisí na tom, kdo to schvaluje, ne?

Milan Vaněček
4. září 2022, 14:03

Je vidět, že o informace o levných, bezpečných bateriových systémech pro energetiku (zvláště pak pro kombinaci s fotovoltaikou na střechách) nemají jaderní aktivisté zájem.

Kdo má zájem, ať si přečte vědecký článek

"Fast-charging aluminium–chalcogen batteries resistant to dendritic shorting", autorů Quanquan Pang et al

publikovaný v

Nature 608, 704-711 (2022)

Bateriové, levné, bezpečné systémy spolu s levnou a bezpečnou fotovoltaikou přinesou revoluci v dodávkách elektrické energie. Pak už nebudou moci kvazimonopoly s námi tak manipulovat, jako se to děje v současnosti.

Slavomil Vinkler
5. září 2022, 12:10

Pane Vaněčku, já na vašem místě bych aspoň mlčel. Když jsem před dvěma či třemi léty vám vysvětloval, že cena OZE energie musí být aspoň 5x dražší, tak jste různé diskutéry s Veselým dehonestovali.

A už jsme tam, a bude hůř. Ty jaderníky si nechte od cesty. .

Slavomil Vinkler
5. září 2022, 12:19

Jste jedni z mnoha, kvůli kterým ty 3 GW v JETE a JEDU nejsou.

Milan Vaněček
5. září 2022, 14:18

Tak se Vám to povedlo, pane Vinkler, že konečně jste cenu elektřiny vyhnali na pětinásobek.

Aby jste hodně vydělávali.

Společně s německými zelenými (protože ti chtěli co nejrychleji zavírat klasické zdroje), s francouzskými jaderníky (co se tam děje to je opravdu skandální) a s naší vládou (ta se těší že vybere mnohem více na DPH a proto podporuje půjčkami ČEZ i Se.ven i Křetínského, aby obchodovali co nejvíc na burze, místo aby bez obrovských burzovních záruk prodávali levněji napřímo velkým městům, krajům, Českým drahám ,....).

Ale Vy všichni nemlčíte, ale snažíte se dál oblbovat naše občany, ale vidím, že se Vám to přestává dařit.

Nakonec technický pokrok zvítězí, trvá to vždy dlouho, je blbost a neštěstí to politicky urychlovat.

A článek uvedený výše ukazuje, že akumulace může být velmi levná, bez "nedostakových surovin".

Emil
5. září 2022, 14:37

Co to melete, Vaněčku? Za současné ceny elektřiny nemůže ani pan Vinkler, ani naše vláda ani francouzští jaderníci, ale především právě lidé jako vy, kteří léta závislost na ruském plynu všemožně bagatelizovali, a tak mohla nerušeně růst.

Milan Vaněček
5. září 2022, 17:35

Potrefená husa se ozvala. Píár agentura těch kvazimonopolů, co nám ženou ceny na pětinásobek a výše a říkají: jinak to néééjde. Je to megatunel na obyčejné spotřebitele, proti tomu byl fotovoltaický tunel v 2009-10 jen "malinký lokální tunýlek", tohle je megatunel EU.

Emil
5. září 2022, 17:57

PR agentura Vaněček se marně snaží zakrýt fakt, že za současné ceny elektřiny může především roky budovaná závislost na ruském zemním plynu, kterou tu léta bagatelizoval, a teď hledá viníky všude jinde než kde skutečně jsou.

Milan Vaněček
5. září 2022, 18:25

Ano, zhruba 50 let jsme byli a jsme dál závislí na ruském jaderném palivu a plynu a ropě. Když je mír, tak to nevadí. Závislosti na ruském plynu se nyní nuceně zbavíme do roka, s jaderným palivem to bude delší, tak přinejmenším na 3 roky.

Obojí bude drahé, ale na přechodnou dobu máme velký nadbytek uhlí, jen musíme přispět k zastavení CO2 hysterie (spojené i se 90-100 EUR/MWh přirážkou, jdoucí do kapsy EU, která ji pak "za odměnu" rozděluje). Vždyť Čína, Indie a USA-největší emitenti CO2 v tom budou pokračovat i po 2050.

A jinak jsme si měli již dávno uvědomit, že jen slunce, vítr a vodu máme zadarmo, v obrovském nadbytku vzhledem k naší spotřebě energií, a biomasu a uhlí máme naše za levný peníz. Dohnat naše zpoždění v OZE nám ale bude trvat tak 15 let.

Ve všem ostatním (jádro, ropa, plyn) jsme byli orientováni na Sovětský svaz a nyní na Rusko.

Emil
5. září 2022, 20:15

Celou Evropu drtí extrémně drahý zemní plyn kvůli výpadku jeho největšího importéra, ceny plynu a tím pádem i elektřiny dávno zbořily všechny historické rekordy a demagog Vaněček tu blábolí o závislosti na jaderném palivu, které nezdražilo elektřinu ani o halíř. Neuvěřitelné.

Milan Vaněček
5. září 2022, 20:47

Teda Francii drtí něco úplně jiného, obrovský výpadek jaderných elektráren. A kvůli Francii Němci pálí navíc plyn a uhlí ve svých elektrárnách, aby jí pomohli.

Oproti tomu Španělsko a Portugalsko, s nasmlouvaným plynem z Afriky, ruský plyn nezajímá (a mají taky levnější elektřinu, i díky PPA s FVE a VtE).

Země EU mají různé problémy s energetikou

a taky dopady na obyvatelstvo jsou různé,

když máte 3x vyšší plat tak jsou asi menší než u nás, že ano.

Ty šílené ceny nejsou kvůli "všemocnému" Putinovi, to by na tom EU byla opravdu špatně, kdyby s ní tak mával. Ty ceny jsou následek chyb EU a silně rostly už před ruskou agresí.

Zkrátka sešlo se v EU mnoho zájmů na tom, aby ceny byly vysoké. Pro pseudomonopoly jsou strašně výhodné vysoké ceny a u nás ministr Staňura je rád, že vybere z 5x vyšších cen 5x vyšší DPH. No a některé píár agentury mají v popisu práce to obhajovat...

Další diskuse je zbytečná.

Emil
5. září 2022, 22:49

Opět jen marná snaha zametat pod koberec skutečný problém vršením dalších nesmyslů.

Komentáře pouze pro přihlášené uživatele

Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.

V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.

Přihlásit se