Energia ze słońca przez całą dobę. Naukowcy przesunęli granicę wydajności

wiktor52 2 miesiące temu zgłoś do moderacji 1 7 Odpowiedz

oczywiście już dawno wymyślono (co tu wymyślać kiedy przyroda -kosmos już dawno wymyślił) najczystszą energię ! wystepuje w kosmoie (na ziemi bardzo rzadki) wodór dwuwartościowy ale na księżycu gra warta świecki ! - kilkaset razy więcej. łącząc z tlenem uzykujemy ogromną ilość energii elektrycznej bezpośrednio . bez żadnej innej emisji - jedyna emisja to prąd elektryczny ! dziś technologicznie trudne i nieopłacalne ale zautomatyzowanie wydobycia na księżycu i przetransportowanie na ziemię rewelacja ! nauka i wiedza mają przyszłośc inaczej trzeba wojen żeby ograniczać populację ludności na ziemi ! oczywiście zawsze trzeba będzie orać ziemię i siac zborza -przynajmniej najbliższe tysiąclecie no może dwa. cieszmy się życiem tu i teraz dając to co najlepsze (technikę i wiedzę) naszym potomnym . tak jak daliśmy szansę kopernikowi , skłodowskiej curie , mendelejewowi , hablowi , tesli czy tysiącom innych naukowców którzy zmieniają naszą egzystencję i rozwój cywilizacyjny .

Akumulator z elektrolitem o niezwykłych właściwościach. Polacy dokonali niemożliwego

Reklama

Tomasz Sewastianowicz: Akumulator o niesamowitych możliwościach? Na czym polega innowacja Politechniki Warszawskiej?

Leszek Niedzicki, Wydział Chemiczny PW: Od naszej ostatniej rozmowy w marcu zrobiliśmy duże postępy w pracach nad nową generacją elektrolitów, które byłyby pozbawione fluoru - bardzo toksycznego w razie pożaru, a obecnego jak na razie w każdej baterii. Nasz wynalazek działa. Nikt czegoś takiego jeszcze nie zrobił. Jesteśmy pierwsi, którym się to udało w skali laboratoryjnej. Dotąd uważano, że elektrolit bez fluoru nie jest możliwy. Nasze nowe ogniwa będą łatwiejsze w recyklingu i bezpieczniejsze dla ludzi i środowiska. Baterie będą też tańsze z powodu braku zawartości fluoru i drogich metali. Nie będziemy też ograniczeni surowcowo jako Polska i również jako Unia Europejska.

Nowa generacja ogniw akumulatorowych bez fluoru, niklu i kobaltu tylko z Politechniki Warszawskiej

To znaczy?

Reklama

Obecnie w bateriach najczęściej używa się niklu i kobaltu, które są eksportowane tylko przez kilka krajów na świecie, co między innymi powoduje ich wysoką cenę, ale to nie jest jedyny powód. Głównym źródłem była dotąd Rosja (i Kanada). Kobalt w większości pochodzi z Kongo. Oprócz ograniczonych źródeł i problemów natury geopolitycznej, dochodzi kłopot ze skalą produkcji. Produkcji kobaltu nie da się łatwo zwiększać, co z kolei utrudnia powiększenie skali produkcji baterii, a już teraz głównym zastosowaniem kobaltu jest produkcja baterii litowo-jonowych. Szybki wzrost produkcji jest potrzebny nie tylko dla motoryzacji. Obecna produkcja ok. 75 mln samochodów rocznie przy przejściu wyłącznie na samochody elektryczne wymagałaby przynajmniej 4500 GWh baterii, a aktualna produkcja to 600 GWh rocznie. Stąd tylko dla przemysłu motoryzacyjnego produkcja baterii wymaga wzrostu około ośmiokrotnego. Swoje potrzeby mają też duża energetyka np. magazyny energii bilansujące moc w sieci, regulujące napięcie, bufory dla dużych farm wiatrowych i fotowoltaicznych, a także mali prosumenci (magazyny przydomowe w połączeniu z OZE), czyli potencjalnie wszyscy posiadający domy i panele na dachu. Dlatego produkcja tylko w Europie ma wzrosnąć z obecnych ok. 200 GWh do minimum 600 GWh w ciągu kilku lat. Takie ilości baterii wymagają natomiast olbrzymich ilości surowców - rzędu miliona ton każdego z komponentów.

Baterie z Politechniki Warszawskiej to tańsze samochody elektryczne

I tu widzicie szansę dla swojego wynalazku?

Baterie według naszego pomysłu będą tańsze na dłuższą metę - z powodu szerokiej dostępności surowców, także ze źródeł własnych. Najważniejsze z punktu widzenia strategicznego europejskiej branży bateryjnej i rynku np. motoryzacyjnego jest to, że surowce do produkcji baterii opracowanych przez nas mogą pochodzić z Unii Europejskiej i/lub krajów sąsiednich - Ukrainy, Bałkanów, północnej Afryki, Bliskiego Wschodu, itd. Żelazo i fosfor występują w dużych ilościach i równomiernie na całym świecie, w tym w Europie. Oba te pierwiastki już obecnie produkowane są w milionach ton na inne potrzeby (żelazo jako stal, fosfor w przemyśle nawozowym), tak więc rynek bateryjny nie zakłóci ich jak to miało miejsce w przypadku kobaltu i nie spowoduje skoków cenowych. Inne materiały, jak grafit i kompozyty krzemowo-węglowe mogą być wytwarzane lub są wyłącznie wytwarzane sztucznie. Odpowiednie technologie istnieją i są rozwijane przez większość krajów UE, w tym w Polsce. To wszystko razem powoduje, że użycie baterii niekorzystających z grafitu naturalnego i metali trudnodostępnych opłaci się przemysłowi - będzie mógł rosnąć bez ograniczeń. W konsekwencji opłaci się więc także użytkownikom baterii, w tym przyszłym właścicielom samochodów elektrycznych, gdyż będą one tańsze.

Nowe baterie bez fluoru łatwiejsze w recyklingu

Mam jednak wrażenie, że tych korzyści może być więcej…

Tak. W przyszłości będziemy coraz częściej w produkcji nowych baterii korzystać z materiałów odzyskanych ze starych akumulatorów. Brak fluoru ułatwi odzysk i zwiększy wydajność recyklingu - będzie mniej odpadów, a więcej surowców dla przemysłu do ponownego zastosowania. Autonomia technologiczna, surowcowa i recyklingowa opłaci się nam wszystkim - w Polsce i w całej UE. W aktualnej sytuacji międzynarodowej i przy gwałtownych ruchach cenowych surowców energetycznych najlepiej widać, co się dzieje, gdy jesteśmy uzależnieni surowcowo lub energetycznie. Inwestycje w energię odnawialną mogą to zmienić, ale tylko gdy połączymy je z inwestycjami w magazyny energii - zarówno te dla OZE, jak i te dla samochodów. Jednocześnie magazyny energii również muszą być technologicznie i surowcowo oparte na własnych technologiach i własnych zasobach, ew. bardzo szeroko i łatwo dostępnych. Inaczej będzie to tylko wymiana jednej zależności na inną.

Akumulatory bez fluoru bezpieczniejsze w razie pożaru samochodu

Poza niższą ceną samochodu elektrycznego, jakie jeszcze plusy da wyeliminowanie fluoru z baterii przyszłości?

Wzrośnie bezpieczeństwo kierowców. Mam na myśli brak trujących oparów w przypadku pożaru po wypadku. Gazy zawierające fluor są niebezpieczne dla postronnych, jak i strażaków gaszących pożary aut. W samochodach spalinowych też używa się związków zawierających fluor, więc to jest już obecnie problem na duża skalę. Jednak w przypadku samochodów elektrycznych można by tego uniknąć nie stosując w ogóle fluoru. Z naszym wynalazkiem będzie to możliwe.

Zasięg i szybkość ładowania? Polski wynalazek otwiera drogę nowym technologiom

Nowy elektrolit przyspieszy proces ładowania? Zwiększy zasięg i wydajność? Jak obiecujące są wyniki prób?

Wyniki są bardzo obiecujące. Jeśli chodzi o pojemność, szybkość ładowania i możliwe do uzyskania prąd/moc nasze baterie nie różnią się istotnie od istniejących na rynku baterii, co dobrze wróży już na początek. Na obecnym etapie chodzi głównie o zmianę surowców na tańsze, bezpieczniejsze i bardziej perspektywiczne. Pilnujemy jednocześnie by nasze baterie nie odstawały od produktów komercyjnych. To jednak początek pracy nad nową klasą baterii. W perspektywie można będzie zacząć stosować w nich inne materiały obecnie nieużyteczne, gdyż niekompatybilne z fluorem. A to ma duże szanse dać nam większe pojemności ogniw (lub ich zmniejszenie) i lepsze parametry. Naszym wynalazkiem odblokowujemy dalszy postęp i możliwości dla innych wynalazców i innych technologii.

Nowy elektrolit bez fluoru, czyli kiedy produkcja do samochodów elektrycznych?

To ile prototypów już stworzyliście?

Obecnie mamy ponad setkę małych baterii zmontowanych w naszym laboratorium, ale właśnie rozpoczynamy współpracę międzynarodową, która pozwoli nam na powiększenie skali produkcji i przetestowanie ich w różnych warunkach. Plan na zakończenie projektu to około 1,5 roku, w tym czasie chcemy dopracować technologię do skali przemysłowej.

Czy zgłaszaliście się ze swoim rozwiązaniem do firm produkujących baterie?

Jesteśmy w kontakcie z kilkoma firmami z branży. Trwa też procedura patentowa i powiększania skali na potrzeby produkcji przemysłowej.

Co dalej? Kiedy realnie można spodziewać się wdrożenia tego rozwiązania do samochodów elektrycznych?

Jak każda nowa technologia, nasz wynalazek wymaga czasu na testowanie. Gdy tylko duże koncerny otrzymają dostęp do naszej technologii, "piłeczka" będzie po ich stronie. Z naszego doświadczenia z poprzednimi wdrożeniami wiemy, że koncerny dmuchają na zimne i zajmują się próbami każdej nowej technologii przez kilka lat, zanim zaczną ją stosować w swoich produktach. To akurat z troski o użytkownika, ale i o swoją reputację - produkt dostępny dla konsumentów musi być niezawodny latami. To oznacza jednak również lata testów.

Rewolucja w bateriach pojazdów elektrycznych.

Baterie półprzewodnikowe są o krok bliżej do stania się źródłem energii nowej generacji.

Całkowicie półprzewodnikowe baterie litowe stały się nowym szaleństwem w materiałoznawstwie i inżynierii materiałowej, ponieważ konwencjonalne baterie litowo-jonowe nie mogą już spełniać oczekiwań zaawansowanych zastosowań, takich jak pojazdy elektryczne, które wymagają dużej gęstości energii, szybkiego ładowania i długiego cyklu życia.

W bateriach litowo-jonowych mieszanina płynnego elektrolitu jest rozdzielana przez separator. Akumulatory półprzewodnikowe natomiast wykorzystują elektrolit stały zamiast elektrolitu płynnego. Ta zmiana w budowie baterii powoduje stosunkowo bezpieczniejsze i wygodniejsze ładowanie w dużo krótszym czasie.

Wykorzystanie baterii ze stałym elektrolitem wiązało się z dużą rezystencją, jaka pojawiała się na granicy między elektrodą dodatnią (katodą), a elektrolitem stałym. Dopiero w opublikowanym badaniu w ACS Applied Materials & Interfaces, zespół badawczy kierowany przez prof. Shigeru Kobayashi z Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) w Japonii1, rozwiązał ten problem. Opracowany został system przywracania niskiej rezystencji powierzchni styku, a także został odkryty mechanizm leżący u podstaw tej redukcji. Jest to bardzo cenna informacja, ponieważ przybliża ona do stworzenia wysokowydajnych, całkowicie półprzewodnikowych akumulatorów.

Dzięki odkryciu, Toyota od 2021 roku2 prowadzi zaawansowane badania nad bateriami półprzewodnikowymi, przeznaczonymi dla samochodów elektrycznych. Nowa technologia, opracowana przez firmę, ma spowodować, że w porównaniu z obecnie stosowanymi bateriami litowo-jonowymi, baterie półprzewodnikowe będą charakteryzować się nawet sześciokrotnie szybszym czasem ładowania. Sprawność akumulatorów półprzewodnikowych będzie zachowana nawet do 30 lat na poziomie 90% początkowej pojemności.

Jest to zapowiedź kolejnego kroku w rozwoju elektromobilności. Zgodnie z informacjami publikowanymi przez koncern Toyota, na akumulatory półprzewodnikowe poczekamy przynajmniej do 2025 roku.

Możemy ocenić, że rozwój baterii półprzewodnikowych:

zmniejszy “range anxiaty” czyli strach przed brakiem zasięgu,

przyspieszy ładowanie samochodów co przełoży się na komfort podróży,

sprawi, że auta będą tańsze i dostępne szeroko w ofertach leasingu,

wzmocni aktualne inwestycje w infrastrukturę ładowania aut elektrycznych.

Ale czy to ostatni krok rewolucji w bateriach?

Otóż nie. W styczniu 2022 roku Naukowcy z Institute of Photonics and Nanotechnologies of the Cnr, Uniwersytetu w Adelajdzie (Australii) oraz Politechniki w Mediolanie (Włochy), stworzyli koncepcję tzw. baterii kwantowej, która zgodnie z prawami fizyki kwantowej ma czas ładowania odwrotnie proporcjonalny do ilości zmagazynowanej energii. Czyli im większa jest bateria, tym szybciej się naładuje.

Zatem, możemy być pewni, że kolejne lata przyniosą bardzo ciekawe rozwiązania w temacie baterii do użytku w pojazdach elektrycznych i urządzeniach elektronicznych.

Sky is the limit!

1Kobayashi et al (2021), ACS Applied Materials & Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.1c17945;

2Toyota: SOLID STATE BATTERIES;